通往宇宙的月光窗



在与天体物理学家尤里·科瓦廖夫(列别杰夫物理研究所)进行的关于RadioAstron项目的成就前景的对话中,我们谈到了月球这一话题。 原来,她承诺向射电天文学提供新的机会,这将使您看到其他人没有看过的地方。 欧洲VLBI联合研究所的Leonid Gurvits和IKI RAS的Mikhail Mogilevsky参加了对射电天文月球计划的好处的讨论。

俄罗斯科学院PN列别捷夫物理学院天文航天中心星系外射电天文学实验室负责人尤里•科瓦列夫(Yuri Kovalev)



-您对在月球上建立基地的想法有何看法?

-简而言之,您需要在月球上建造一个射电天文台,但为此而去并不严重-它太昂贵了。 但是,如果做出的战略决定是俄罗斯建立月球基地,我会说:不将长波射电望远镜放在月球上是犯罪行为。 超长波长范围是电磁光谱中唯一尚未打开的窗口。 超长波不会从太空传播到地球;它们会被电离层反射;因此,必须将望远镜放置在地球外部。 您可以在卫星上放免费传单,也可以在月球上放。 原则上,月亮会更昂贵。 另一方面,如果那里已经有一个基地,那么有可能并且有必要安装一个可以长时间工作的望远镜。

-为什么不戴卫星呢?

-您可以戴上卫星,但您了解我们在谈论大型卫星和大量辐射接收器。 波长约为二十米。 那颗卫星将活多久? 同时,甚至不需要维修月球上的望远镜。 只需将导线“散布”在表面上即可。 为什么是月亮? 问题不仅在于戴在卫星上,还在于我们需要保护自己免受地球干扰-在这个范围内它非常热。

-也就是说,您需要在背面构建吗?

-是的,月球在这里被认为是超长波射电望远镜免受地球辐射的保护。 应将其放在背面或两极的陨石坑中。 自然,任务就是将数据传输到地球。 如果您将卫星放在月球的另一侧,则需要一个中继器,并且很可能是卫星。 如果放在杆子上,则可以将中继器放在陨石坑的边缘。 讨论了选项,包括在绕月飞行的卫星上实现望远镜的方法。 然后,部分时间,望远镜被来自地球的月亮关闭并进行观测。 因此,当它打开时,它会将数据转储到地球。

虽然在需要思考和解决的思想层面上对此进行了讨论。 这是宇宙研究中最后一个尚未打开的电磁频谱窗口。



关于可能的科学问题的几句话。 我们从研究所谓的二次电离时代开始。 这是另一个潜在的诺贝尔奖,因此,近年来的长波射电天文学在国际社会的发展和利益中获得了强大的动力。 对来自宇宙中不同宇宙学距离的氢辐射的研究使您可以在中性氢线中建立宇宙的三维地图。 氢越远,波就越长。 从宇宙学的价值来看,这可与遗迹辐射相媲美。


ESA普朗克太空望远镜及其CMB。

LOFAR,SKA和其他项目正在研究二次电离的时代,并绘制较短波长的中性氢。 对于此任务,拥有超长波射电望远镜也将很有用。

不要忘记电磁频谱中的每个新窗口都会带来惊喜-无法预先预测结果。 我希望我们正在讨论的最后一个“窗口”不会例外。

-您提到了月球卫星。 对我来说,这个话题很接近。 您认为,在微卫星规模上,至少可以实现这种望远镜的原型吗?

“如果您的月球微卫星可以带出某种偶极子或复杂的测量系统,那将很有用。” 一个重要的问题是设备的内部干扰将在多大程度上干扰望远镜的操作。 需要分析。

-我们会考虑会发生什么。 谢谢你
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欧洲VLBI联合研究所空间研究负责人
列昂尼德·赫维兹(Leonid Hurwitz)。



-微波射电天文学所需的设备相对简单。 学校无线电爱好者可以焊接频率在此范围(低于10-15兆赫兹)的射电天文接收机。 很便宜。 粗略地说,信息量与载波频率成正比。 数据流相对较小,现代数字系统可以处理它。 天线系统尽管尺寸很大(但很大),却非常简单。 可以只是将电线铺设在表面上。

-应该多久?

-尤里·科瓦列夫(Yuri Kovalev)已经提到:波长约为20米,因此天线的尺寸应不小于。 同时,现代技术使天线变得更小。 例如,尽管未携带这种尺寸的天线,但手机的工作波长为20厘米。 它们具有有源天线,并且可以在太空中使用相同的技术。 但是对于月球表面,可能没有必要在月球表面甚至在太空中放松,用细铁丝制成的线圈将不会很困难。 卫星和地面之间没有根本区别。

卫星更有利可图,因为将任何类型的有效载荷降落在月球表面都是一项复杂而昂贵的业务。 月球有一个主要优势-受到保护,免受人为干扰。 卫星在其轨道的某个部分处于绕月球的低轨道上,但被月球从地球上挡住了,可以使用。 因此,卫星比固定的月球观测台便宜。 另一方面,由于我们将飞往月球进行探索,因此这项工作将需要运送数吨的货物,将数十公斤的有效载荷用于射电天文学并不困难。 效果将是巨大的。 我认为一两个诺贝尔奖隐藏在超长波射电天文学中。 这实际上已经是定律:如果研究设置的某些参数提高一个数量级或几个数量级,或者工作在一个全新的,尚未开发的区域开始,那么将保证有难以预测的发现。 这完全适用于我们的主题。

如果确实有人登月飞行,那么一定要利用这次机会在那部署超长波射电望远镜,这是不可原谅的。 因此,在未来的月球计划中,射电天文学将成为一名过客,在外太空,您可以创建一个独立的天文台。 科学动机是相同的,但是卫星的优点是可以创建一组微卫星,其中每个设备都携带一个简单,轻便的天线元件。 这批卫星可以放置在月球阴影中的某个位置,例如在“地球-月亮”系统的Lagrange-2点处。 这一点位于月球以外,那里的卫星将受到保护,免受人为干扰。 此时放置有许多限制。 一个点就是这样的理想位置,实际上,在这一点上的卫星执行所谓的 “李沙育图形”,仅在其运动的某些阶段出现在月球的阴影下。



您可以将此群放在低月球轨道上。 然后,这群昆虫将在地球阴影锥中度过其轨道的一部分。 正在考虑这些选项,中国正在开发一个特定的项目。 您可能会考虑在非常远的地方发射超长波天文台。 到目前为止,由于距离原因,来自地球的人为干扰可以忽略不计。 但是你必须飞得很远。 请记住,在“接触”电影的启动画面中,航天器飞离地球,首先在它周围有很多干扰,然后它移动的距离越来越远,信号传播的时间也更长。 最终,他们拦截了1936年柏林奥运会的第一广播,然后是第一广播信号-并保持沉默。 因此,沉默归因于两个因素:首先,它们飞得很远,以至于它们几乎及时地运动;其次,距离因素影响了。 距离与分母中的平方成正比。 也就是说,如果您退休十次,那么干扰的强度就会降低一百倍。 与月球相比退缩了十倍,我们将减少一百倍的干扰。 如果我们离开一百次,我们的干扰就会减少一万。

因此,我们有三种方法:在月球另一侧的表面上,在月球卫星上或在很远的地方。 目前,没有任何选择可以实现真正的发展。 在月球和月球卫星上有一个选择。 这是由中国同事在the娥计划的框架内完成的。 在俄罗斯,现在还正在恢复月球计划,其中有“月球25”,-26,-27,-28等项目。不幸的是,到目前为止,这些设备中没有一个具有超长波射电天文学的有效载荷。 令人遗憾的是,这将使争夺该范围内的发现“走捷径”。 在技​​术和成本方面,这相对简单。 制造这样的超长波射电望远镜比Radioastron或Spectrum系列的其他产品便宜得多。 有效载荷简单,便宜,但可以带来重大发现。

如果我们谈论适合自己目的的测试卫星,那么重达几公斤的设备就足够了。 我们开发了一种适合我们目的的天线,它不是偶极子,而是三极管。 这是传统偶极子与有源天线的共生关系,有源天线带有放大器,模数转换器以及处理和传输系统,重达几公斤。 像小小的三脚架一样获得尺寸。 如果将这样的东西扔进月球轨道,那么它就可以在那里独立运行。

您知道哈尔滨工业大学的中国组织吗? 他们与CNSA积极合作开展类似项目,并试图将其插入Chang娥。 此外,作为the娥计划的一部分,正在两个two娥设备上开发天线。 卫星中继器上的一根天线,在着陆台上的另一根天线在月球的另一侧着陆。


插图:chinaspaceflight.com。

正在考虑在两个设备上传递超长有效载荷的可能性。 然后他们将得到一个具有超长碱基的无线电干涉仪,类似于RadioAstron,仅在超长波长范围内。 中国将把直放站定位在地球月球系统的Lagrange-2点,这具有我们已经谈到的已知点的优缺点。 这项工作已经在进行中。

感谢您在准备俄罗斯科学院太空研究所磁层过程物理实验室主任Mikhail Mogilevsky的材料方面的帮助

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN401901/


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