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嫦娥四号对宇宙研究的多重意义
送交者: 古林风 2019年01月09日22:01:27 于 [史地人物] 发送悄悄话


                    

                                  嫦娥四号对宇宙研究的多重意义


1月3日,嫦娥四号在月球背面成功着陆,着陆器上低频射电探测仪的三根5米天线已展开到位。由于月球背面的电磁环境非常干净,在那里开展低频射电探测是世界天文学家向往多年的事,嫦娥四号此次将填补低频射电观测的空白。 


电磁波的每一个波段背后,都有天体的物理现象和机理,只要能感知,就可以寻找它们的规律。1930年代,美国贝尔实验室在短波高频波段收到来自地球之外的天体辐射,开启了射电天文的大门。自此,电磁波成为了天文学家观测天体辐射的核心手段之一。

  

但是,来自地球以外低于10兆赫兹的电磁辐射,无法透过地球电离层到达地面,因而地面射电天文观测只能在高频段开展。

  

既然地球上无法开展低频射电探测,天文学家决定在太空寻找解决途径。但是,地球附近的人造天体太多,卫星以及各类航天器,都在发射人造电磁波,大量存在的人工信号对观测形成干扰。即使把观测设备架设到月球上,如果面向地球,仍然避不开地球卫星的噪声。月球背面成为了满足条件、技术可及的最佳选择。

  

从阿波罗登月时代开始,科学家就设想把低频射电设备放到月球背面去探测,但各国都没有在月球背面着陆的探测器,无法把设备放上去。因此,低频频段一直是射电天文领域未被开垦的处女地。嫦娥四号任务实施,为此项研究提供了起步机会。

  

嫦娥四号的低频射电探测计划,由中国和荷兰共同开展。荷兰在射电天文领域,尤其是低频观测上,是国际上技术最先进的国家之一。2015年,荷兰航天局局长访问中国国家航天局,双方敲定了谅解备忘录,低频射电合作项目被两国纳入嫦娥四号工程。


双方研制了两台低频射电探测仪,中荷各研制一台,主要功能基本相当,中方载荷搭载于嫦娥四号着陆器,荷方载荷搭载在2018年5月发射的鹊桥号中继卫星上。中国载荷在嫦娥四号着陆区白天开展工作;入夜后,中继星上的荷方载荷进行工作。在探测目标上,荷方载荷探测地球两极的射电爆发,中方载荷可以屏蔽地球与太阳的影响,探测更远的目标。

  

作为低频射电观测的“探路者”,嫦娥四号工程中的两台低频射电探测仪都采用了长寿命设计,在嫦娥四号任务期满结束后,很可能会继续工作数年,获得更多观测机会。

  

随着射电天文学的最后一扇窗逐渐开启,“探路者”的每一项发现都有可能填补空白,让科学家们充满期待。比如,太阳爆发时波段很宽,从上百亿赫兹到几百兆赫兹,直至很低的频率。落到低频时的爆发过去从未观测到,今后只要遇上,就能观测并且追踪它发生的整个过程,这对研究日地空间的天气效应,预报太阳灾害事件有很大帮助。

  

搭载于鹊桥中继星上的荷兰低频射电探测仪,将与嫦娥四号的中国低频射电探测仪协同观测。中继星上的探测仪可以探测研究太阳低频射电特征和地月空间低频射电环境;连续监测地球千米波辐射爆发,探究其带来的空间扰动。还有望在行星际激波、日冕物质抛射和高能电子束的产生机理等方面取得原创性成果。

  

除了观测太阳、地球、月球,低频射电探测仪还有望观测到银河系中普遍存在的宇宙线电子,揭示宇宙线的起源与传播过程,同时探测银河系电离气体云的分布。在银河系之外,射电星系的辐射往往来自大质量黑洞活动产生的喷流,嫦娥四号的研究可以加深对黑洞活动的认识。


更激动人心的可能性,是用低频射电探测仪观测探索宇宙大爆炸结束后的黑暗时代,以及此后第一代恒星形成时的宇宙黎明。此前,美国EDGES实验在78兆赫兹频段发现了一个相当强的吸收谱,有可能是宇宙黎明产生的,但与标准理论模型相差很大,因此引起很大争议。在嫦娥四号提供的纯净的电磁环境中进行这种观测,将有助于提升实验的精度,逐步解决争议,为人类解释宇宙的产生做出贡献。 所以,由美国宇航局长,直到台湾民进党懂天文的专家,都对嫦娥四号的成功表示祝贺。




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