北京時(shí)間 1 月 27 日消息，據(jù)國外媒體報(bào)道，當(dāng) 60 歲的阿雷西博望遠(yuǎn)鏡在 2020 年倒塌時(shí)，我們不僅失去了世界上最杰出的射電望遠(yuǎn)鏡，我們的射電天文學(xué)的未來也遭受了沉重打擊。阿雷西博是有點(diǎn)年代久遠(yuǎn)，但它也具有獨(dú)特的能力，非常適合研究重力波，以及在小行星掠過地球時(shí)，繪制它們的表面地圖。
現(xiàn)在，世界各地的射電天文學(xué)家都在討論下一步該怎么辦。要不要重建阿雷西博呢?如果重建的話，錢從哪里來呢?
回答這些問題沒那么容易，但討論仍在進(jìn)行中。不過，有關(guān)另一個(gè)革命性射電望遠(yuǎn)鏡的初步計(jì)劃每天都在向前推進(jìn)。有趣的是，這些討論讓 NASA 開始重新審視五十多年前提出的一個(gè)大膽建議：在月球背面建造一臺(tái)巨大的射電望遠(yuǎn)鏡。
阿雷西博望遠(yuǎn)鏡建在波多黎各的一個(gè)自然天坑內(nèi)。天然的地理優(yōu)勢(shì)給阿雷西博的設(shè)計(jì)帶來諸多便利。同樣地，天文學(xué)家可以利用已有的月球隕石坑，以(相對(duì))低的成本，在月球上建造射電望遠(yuǎn)鏡。太空巖石的撞擊已經(jīng)為我們做好了挖掘工作。另外，和地球上不一樣的是，月球上沒有天氣變化，也沒有狂風(fēng)，不會(huì)加速設(shè)備的腐蝕。再者，月球表面的引力也更弱。
月球上的阿雷西博
這個(gè)幾十年前提出的建議來自月球科學(xué)家理查德 · 馮德拉克。登月計(jì)劃期間，馮德拉克曾就職于阿波羅科學(xué)運(yùn)營中心。他曾提議，利用月球隕石坑，來建造類似波多黎各的阿雷西博般的射電望遠(yuǎn)鏡。設(shè)計(jì)圖中展示的是月球上的三臺(tái)望遠(yuǎn)鏡如何單獨(dú)使用，或組合在一起構(gòu)成一組巨大的設(shè)備。
早在上世紀(jì)六十年代，天文學(xué)家就開始尋思在月球背面建造射電望遠(yuǎn)鏡。由于月球背面總是背對(duì)著地球，這便意味著整個(gè)月球好似一個(gè)天然屏障，可以屏蔽來自地球的持續(xù)無線電干擾。這創(chuàng)造了一個(gè)十分理想的環(huán)境：理論上，科學(xué)家可以在這里通過無線波長(zhǎng)觀測(cè)宇宙。在地球上——哪怕是在地球軌道上，想要分析這些無線波長(zhǎng)，都十分困難。
不過，月球上的阿雷西博可不止是波多黎各的阿雷西博的后繼者。這個(gè)前提，類似于天文學(xué)家決定替換哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的方式。天文學(xué)家并沒有復(fù)刻原來的設(shè)備，而是決定設(shè)計(jì)開發(fā)一個(gè)完全不同的設(shè)備。詹姆斯 · 韋伯空間望遠(yuǎn)鏡確實(shí)借鑒了哈勃望遠(yuǎn)鏡工作期間積累的經(jīng)驗(yàn)。但是，韋伯空間望遠(yuǎn)鏡主要是通過紅外光研究宇宙，而哈勃望遠(yuǎn)鏡則側(cè)重可見光和紫外光。光譜變化意味著，韋伯空間望遠(yuǎn)鏡將能夠以無懈可擊的細(xì)節(jié)，深入探索先前未曾觸及的宇宙。
在月球上建造大型射電望遠(yuǎn)鏡的道理也是如此。盡管過去六十年多年來，阿雷西博一直在協(xié)助研究厘米和毫米級(jí)的無線電波，但月球射電望遠(yuǎn)鏡可以觀測(cè)波長(zhǎng)在一米以上的電波。在地球上，天文學(xué)家可做不到這些。
假如我們真的在月球上建造了一臺(tái)阿雷西博般的望遠(yuǎn)鏡，那么這臺(tái)新設(shè)備或許可以發(fā)現(xiàn)許多奇異的宇宙現(xiàn)象，比如遙遠(yuǎn)的類地系外行星周圍的極光。最迷人的是，新設(shè)備或許還可以檢測(cè)到來自宇宙初期(即恒星和星系誕生之前)的無線電信號(hào)。
1986 年的提議描繪了一個(gè)懸掛在月球隕石坑之內(nèi)纜線系統(tǒng)，可以讓天文學(xué)家在月球上建造一臺(tái)阿雷西博式望遠(yuǎn)鏡。
1986 年，著名的天文學(xué)家弗蘭克 · 德雷克在 NASA 的一次會(huì)議上，提出在月球上建造 “阿雷西博式甚大望遠(yuǎn)鏡”的建議。德雷克認(rèn)為，利用月球隕石坑可以最大程度地減少建造大型結(jié)構(gòu)要素所需的條件。他還表示，整個(gè)工程大概只需要面板、平臺(tái)和大量的纜線。
月球上也不缺隕石坑。想要找到一個(gè)邊緣足夠堅(jiān)固，可以用作望遠(yuǎn)鏡支撐纜線錨點(diǎn)的隕石坑，也相對(duì)容易。為了固定阿雷西博望遠(yuǎn)鏡的支撐纜線，工程師設(shè)計(jì)了幾個(gè)造價(jià)昂貴的塔架。但是借助隕石坑，我們就不需要再花大價(jià)錢去建造塔架。(事實(shí)上，阿雷西博望遠(yuǎn)鏡在 2020 年倒塌正是因?yàn)楣潭ㄔ谒苌系睦|線脫落，砸壞了望遠(yuǎn)鏡。)
“合理的天坑和隕石坑橫截面可以很好地滿足這一需求。”德雷克寫道，“在這種情況下，我們可以節(jié)省大量成本和材料。我們可以用這種方式，在月球或地球上建造阿雷西博式望遠(yuǎn)鏡，并且成本比阿雷西博的實(shí)際成本要低很多。”
月球隕石坑射電望遠(yuǎn)鏡
用機(jī)器人建造月球隕石坑射電望遠(yuǎn)鏡的概念圖。
最近幾年，NASA 對(duì)這些想法的支持似乎達(dá)到了新的高度。NASA 甚至還出資對(duì)幾個(gè)早期方案進(jìn)行研究，以探索在月球上建造阿雷西博式望遠(yuǎn)鏡的可能性。在這些方案中，月球隕石坑射電望遠(yuǎn)鏡讓人們想起了幾十年前德雷克等人提出的相同建議。
但是，與之前的任務(wù)設(shè)計(jì)者所想象的不同，建造最新迭代版本的月球望遠(yuǎn)鏡，不需要宇航員親自動(dòng)手。噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的機(jī)器人技術(shù)專家 Saptarshi Bandyopadhyay，也是月球隕石坑射電望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的負(fù)責(zé)人。Bandyopadhyay 表示，他們打算用簡(jiǎn)單的月球車來建造望遠(yuǎn)鏡。這個(gè)月球車，跟 NASA 之前設(shè)計(jì)的那些類似。
項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)將發(fā)射一個(gè)滿載著月球車的航天器，著陸在隕石坑外圍。接著，這些月球車會(huì)取回支撐纜線，再把纜線拉到隕石坑邊緣，然后拼出一個(gè)跨度約 1 公里的網(wǎng)狀系統(tǒng)。只不過，整套裝置必須能夠全部塞進(jìn)單個(gè)月球著陸航天器內(nèi)，比如藍(lán)色起源的 “藍(lán)月亮”。
比起宇航員，用機(jī)器人建造望遠(yuǎn)鏡，可以幫助團(tuán)隊(duì)節(jié)省一大筆資金。任何涉及宇航員的任務(wù)都需要大量且昂貴的安全預(yù)防措施。每個(gè)潛在問題都需要額外的檢查，需要精心設(shè)計(jì)的防護(hù)措施。例如，鋒利的邊緣可能會(huì)劃破宇航服。所以，載人飛行中必須避免一切邊緣鋒利的東西。但是弧形邊緣又不利于最大化利用貨艙空間;而在向月球運(yùn)送機(jī)器人時(shí)，你又必須得好好利用貨艙空間。
NASA 已經(jīng)開始測(cè)試一種名為 “DuAxel”的多功能月球車，可以用于執(zhí)行多個(gè)不同的月球任務(wù)。其中一個(gè)功能是，DuAxel 可以攀爬隕石坑。而且額外的好處是，DuAxel 相對(duì)便宜。
Bandyopadhyay 說：“如果我們派出十臺(tái)月球車，然后兩臺(tái)損壞;這不是問題。雖然兩臺(tái)損壞了，但剩下的八臺(tái)月球車仍可以工作。換了宇航員的話，這事情就不一樣了。”
月球車在隕石坑內(nèi)工作的概念圖。
但是，即便機(jī)器建筑工人具備這種種的潛在優(yōu)勢(shì)，目前該技術(shù)的成本也使得任務(wù)難以實(shí)現(xiàn)。Bandyopadhyay 估計(jì)，在月球上建造一臺(tái)射電望遠(yuǎn)鏡的成本可能高達(dá)數(shù)十億美元。這也是他的團(tuán)隊(duì)正在嘗試開發(fā)一種新的纜線和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的原因。新的結(jié)構(gòu)預(yù)期會(huì)比現(xiàn)在的方案便宜許多。月球隕石坑射電望遠(yuǎn)鏡的初步研究先是得到了 NASA Innovative Advanced Concepts(NIAC)項(xiàng)目的 12 萬美元資金支持。他們的下一步任務(wù)計(jì)劃是讓工程師著手開發(fā)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。Bandyopadhyay 說，他的團(tuán)隊(duì)希望可以在今年春季發(fā)布團(tuán)隊(duì)的初步研究結(jié)果。
他說：“我們現(xiàn)在有一個(gè)很好的設(shè)計(jì)，也具備可行性。如果我們有 40 或 50 億美元的話，我們明天就可以啟動(dòng)項(xiàng)目。”
盡管充滿熱情，但 Bandyopadhyay 并不認(rèn)為，在不遠(yuǎn)的將來，我們能夠看到月球上架起一臺(tái)阿雷西博式望遠(yuǎn)鏡。畢竟，科學(xué)發(fā)展往往需要時(shí)間。
“如果我能在退休之前，看到我們?cè)谠虑蛏喜渴疬@臺(tái)望遠(yuǎn)鏡，我一定會(huì)感到非常驚訝。但是，我現(xiàn)在還是一個(gè)非常年輕的科學(xué)家。”Bandyopadhyay 說，“做這些事情很有難度。我們希望解決的問題也非常難。一切都很難。但是，如果事情很容易的話，我們?cè)缇腿ピ虑蛟焱h(yuǎn)鏡了。”
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