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    無線電天文學家將如何從月球的遠端調諧到宇宙的黎明?

    中國歷史悠久的嫦娥四號飛船上週降落在月球的另一邊,開闢了一些令人興奮的科學探索新途徑。當火星車開始研究月球地殼和地幔的構成時,停在月球軌道上的衛星上的一個小型無線電儀器將允許科學家收聽被地球大氣層阻擋的低頻訊號。所以,在對這麼長時間充耳不聞之後,這些神秘的無線電波能告訴我們什麼呢?

    我們在20世紀30年代首次發現了來自太空的無線電波,但直到第二次世界大戰和雷達技術的進步之後,事情才變得非常有趣。其中一個眾所周知的例子就是20世紀60年代宇宙微波背景輻射的探測,宇宙大爆炸的揮之不去的輝光,使得發現者獲得了1978年的諾貝爾物理學獎。

    從那以後,無線電波一直在促進我們對宇宙的理解。透過處理這些望遠鏡收集的資訊,天文學家已經能夠探測到新的物體,如脈衝星和類星體,並利用從遙遠的氫雲發出的無線電波來繪製出遙遠星系的結構。

    雖然他們已經教會了我們很多,但我們用來收集地球無線電波的巨大碟形天線只是畫出了部分畫面。我們的氣氛在它們到達我們之前阻止了較低頻率的無線電波,但是科學家認為我們可以從它們身上學到很多東西,特別是關於早期宇宙,如果我們可以收聽的話。

    雖然之前為此目的已經將適當裝備的儀器送到太空,但他們的訪問是短暫的。儘管現代空間探測器配備了無線電儀器,但它們的設計並未考慮到射電天文學。相反,由Radboud大學的天文學家Marc Klein Wolt團隊開發的一種小型儀器,作為嫦娥四號登月任務的一部分而傳送的非常多。

    與荷蘭射電天文學組織ASTRON和私人公司太空創新解決方案合作開發的NCLE - 荷蘭 - 中國低頻探測器 - 儀器於5月搭乘了闕橋衛星上的月球。這顆衛星是在嫦娥四號著陸器之前發射的,因為月球阻擋了地球上的所有無線電接觸,因此在遠處降落需要以某種方式傳遞訊號。在這種情況下,科學家們透過一個停在月球外的衛星,透過清晰的通訊線路向下到達地面並返回地球。

    以前有哪些嘗試讓射電望遠鏡進入太空?

    最後的專用儀器可以追溯到20世紀70年代,RAE-1和2.他們落後於月球並返回一次,但沒有我們所擁有的相同的解析度,並且是幾天的非常短的任務,我們需要很長時間整合時間!與此同時,有頻率相對較低的無線電儀器,例如卡西尼號有一臺低頻儀器,但這些儀器不是為我們的科學而設計的,也不像我們那樣低頻率。

    為什麼如此難以將射電望遠鏡射入大氣層並進入太空?

    主要是成本。數字處理在過去幾年中也取得了一些重大進展,以實現高效能且功耗顯著降低,從而為空間應用創造了更多選擇。在為太空任務尋找資金的過程中,我們與SKA專案競爭,該專案具有幾乎相同的關鍵科學案例,儘管它永遠無法在太空中達到如此低的頻率。因此,找到太空任務,甚至是背馱式的任務一直很困難。我們參與了歐洲月球著陸器的計劃,但被取消了。

    為什麼Queqiao衛星能夠克服這些挑戰?

    基本上,它是可用的!中國給了我們充足的質量,功率和通訊預算,並且對低頻無線電科學也很感興趣。所以這是一個雙贏的局面,我們將儀器放在月球后面的一個相對安靜的位置,不是理想的,但迄今為止最好的,他們參與科學。

    大氣阻擋某些無線電頻率到達地球望遠鏡。我們對這些無人看管的無線電波有什麼瞭解?它們可能擁有什麼秘密?

    在低於~30 MHz的頻率下,大氣幾乎阻擋了來自太空的所有輻射,因此地基射電望遠鏡在那裡做不了多少。但是從我們的理論模型中我們知道太陽和木星都會在較低的無線電頻率下顯示非常明亮的無線電閃光,而且我們期望我們已經在較高頻率觀測到的大量其他無線電源,例如脈衝星和星系本身,無線電發射將低於30 MHz。

    最後,我們從早期宇宙中的21釐米氫氣線開始的訊號,從任何被稱為“宇宙學黑暗時代”的恆星之前的時期開始,預計將在30 MHz達到峰值。來自第一顆恆星點火的訊號,稱為“宇宙黎明”,在70 MHz附近達到峰值。除了所有這些“已知未知數”之外,開闢新的頻率制度將導致發現未知未知數。

    這對射電天文學的未來意味著什麼?

    最後,我們需要更多的天線才能完成我們的科學研究。我們想要獲取的早期宇宙訊號非常微弱,製作詳細的地圖需要1-10平方公里(0.38-3.8平方英里)的大型收集區域,但在月球后面有一個天線我們希望我們可以檢測到全域性訊號(對於暗齡訊號,峰值為~30 MHz,對於宇宙黎明,峰值為~70 MHz)。因此,透過我們在Queqiao衛星上的儀器,我們正在為未來更大的科學任務鋪平道路,並且正在開闢最後幾個尚未探索的天文學體系。

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