出品：科普中國
製作：孔令傑、張同傑（北京師範大學天文系宇宙之美科普團隊）
監製：中國科學院計算機網絡信息中心
近日，NASA噴氣推進實驗室工作的薩普塔實﹒班迪帕黑（Saptarshi Bandyopadhyay）向美國國家航空航天局（NASA）創新先進概念（NIAC）提交了一個新計劃：月球環形山超長波望遠鏡項目，即，要在月球遠端（月球背面）的環形山中設立一個直徑1公里的射電望遠鏡。
目前世界上最大的望遠鏡是坐落在中國貴州的直徑500米的"天眼"FAST望遠鏡，如果月球環形山超長波望遠鏡建成，它的直徑將比FAST要大一倍，接收面積就比FAST大了四倍。
由於它要建在月球上，我們可以先送給它一個名字，"月眼"！
圖1.月球環形山射電望遠鏡示意圖，圖片來自NASA網站
為什麼要選擇將望遠鏡建在月球上？
選擇在月球背面搭建望遠鏡主要基於兩個因素：
其一，月球本身是一個很好的物理屏障，能將來自地球電離層的無線電干擾/噪聲，繞地球運行的衛星以及在月球夜晚期間太陽的無線電噪聲隔離開來。要達到這個目的，這個望遠鏡必須建立在月球遠端（即遠離太陽和地球的月球背面）的環形山裡。
其二，與基於地球的望遠鏡以及繞地球軌道運行的空間望遠鏡相比，位於月球背面的超長波射電望遠鏡可以觀察波長大於10米（即，低於30MHz的頻率）的宇宙。
由於這種超長波會被地球電離層反射，因此在地球上迄今無法觀測，對這個波長下的宇宙人類還知之甚少。這個波長對應於宇宙早期的黑暗時代(Dark Ages)，因此可以用來觀測這個時期的21cm信號，（如圖2所示）探索早期宇宙的物理性質，這也可能是在外太空探測地外文明的很好手段。
圖2.宇宙演化歷史及對應的21釐米信號(Pritchard & Loeb 2012)
將"月眼"放在月球分幾步？
提案中詳細描述了月球車在落地後如何建立這個絲網望遠鏡系統。如圖3所示。計劃使用壁攀雙軸車以適當的深度與直徑比在隕石坑中部署壁厚1公里的絲網，以形成球冠反射器。
首先，在月背找到直徑3至5公里的合適的月球隕石坑；用航天器將望遠鏡和安裝設備雙軸車運至月球。
其次，先將望遠鏡和雙軸車綁定在一起，在下落過程中，望遠鏡和雙軸車分離。望遠鏡在隕石坑（即環形山）中心位置著陸，而雙軸車在隕石坑旁邊著陸。這個雙軸車是多用途的，既可以立起來像車一樣行駛移動，又可以壓低錨定，做起落架和升降機使用。
著陸後，落在坑中的望遠鏡展開，部署導向線網。而雙軸車則錨定，軸壓低，然後和隕石坑內的導向線網連接。連接好後，就可以把展開的望遠鏡接收器吊起來，放到計算好的指定位置。
最後，部署好接收器，再協調拉開並拉起起絲網球冠反射器，使其展開成為一個厚度約1公里的絲網，並使其深度-直徑比達到合適的要求，測試其與接收器連接固定好，望遠鏡就安裝完成了。
如果這個項目能付諸實施，這個直徑為1公里的月球環形山射電望遠鏡（LCRT）將成為目前全世界最大的全口徑射電望遠鏡(不包括陣列望遠鏡)。
圖3.望遠鏡的著陸和安裝過程,圖片來自NASA網站
這個計劃會實施嗎？
在月球上建立望遠鏡來觀測宇宙，理想很豐滿，問題來了，這個計劃靠譜嗎？會不會被實施？
我們需要先來了解一下創新先進概念計劃（NIAC）。NIAC是NASA為了培育有遠見的想法，通過突破創造全新的航空航天概念，同時讓美國的創新者和企業家成為合作伙伴而創立的思想平臺，這個平臺歡迎各行各業的人提交提議，這也就意味著，任何人都可以給NIAC提交航天航空相關領域提議。
這個平臺的提議分為三期，在月球背面建立超長波望遠鏡這個提議位於第一期精選。精選提案還包括：空間捕獲系統計劃，與星際物體交會的動態軌道彈弓計劃，天文藥房，月球水提取，星際導航計劃等諸多有意思的設想。大家如果有興趣可以通過NASA網站查看https://www.nasa.gov/directorates/spacetech/niac/。
創新先進概念（NIAC）平臺從各種非傳統來源尋求新思路，研究創新的，技術上可靠的，先進的概念。這些概念有"改變"未來航空航天的可能性，但NIAC只是一個讓設想可以發表的平臺，絕大部分設想都不會成為真正實施的項目。
月球環形山超長波望遠鏡設想可能永遠也不會成為NASA的實際任務，但是，這種集思廣益的平臺形式非常值得我們借鑑，畢竟，前人無數的奇思妙想很多不也變成了現實嗎？
參考文獻
[1]https://www.nasa.gov/directorates/spacetech/niac/
[2]https://www.nasa.gov/directorates/spacetech/niac/2020_Phase_I_Phase_II/lunar_crater_radio_telescope/
[3]Pritchard, Jonathan R.;Loeb, Abraham, Reports on Progress in Physics, Volume 75, Issue 8, id. 086901 (2012).
文章僅代表作者觀點，不代表中國科普博覽立場
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