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嫦娥四号牵手“鹊桥”推开射电天文学最后一扇窗
2021-11-20 01:22
本文摘要:1月3日,嫦娥四号探测器在月球背面顺利降落。着陆器拍回了照片,玉兔二号月球车也下地撒欢,留给了一串脚印。 安好家以后,它们就要开始工作,积极开展各项科学观测了。其中,着陆器上低频射电探测仪的三根5米天线已进行做到。“月球背面的电磁环境十分整洁,在那里积极开展低频射电观测是全世界天文学家梦寐以求的事情,将空缺低频射电观测的空白。 ”国家空间科学中心副主任、月球与深空观测总体部主任邹永廖说道。

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1月3日,嫦娥四号探测器在月球背面顺利降落。着陆器拍回了照片,玉兔二号月球车也下地撒欢,留给了一串脚印。

安好家以后,它们就要开始工作,积极开展各项科学观测了。其中,着陆器上低频射电探测仪的三根5米天线已进行做到。“月球背面的电磁环境十分整洁,在那里积极开展低频射电观测是全世界天文学家梦寐以求的事情,将空缺低频射电观测的空白。

”国家空间科学中心副主任、月球与深空观测总体部主任邹永廖说道。找寻“整洁”的观测环境月球背面成绝佳地点“电磁波序的任何一个波段背后,都有天体的物理现象和机理。”中科院国家天文台研究员、嫦娥四号月球低频射电探测仪中方首席专家平劲松告诉他科技日报记者,“只要能感官到,就可以找寻它们的规律。”1930年代,美国贝尔实验室工程师卡尔·央斯基在短波高频波段无意间接到来自地球之外的天体电磁辐射,打开了射电天文的大门。

自此,电磁波沦为了天文学家观测天体电磁辐射的核心手段之一。之所以迄今为止人类依然用于短波和中波展开通信,得益于地球空间不存在的较为茂密的电离层,能光线这些波段的人造电磁波,使得电磁波无法逃离地球范围。但与此同时,来自地球以外高于10兆赫兹的电磁辐射,也无法利用地球电离层抵达地面。

可以说道,这个波段的天文观测窗口被地球电离层“屏蔽”了。因而地面射电天文观测都是在更高的频段积极开展。既然在地球上无法积极开展低频射电观测,天文学家要求在太空找寻解决问题途径。

上世纪90年代,来自中国、荷兰等国的射电天文学家开始展开涉及论证。然而,他们遇上了新的问题。“地球附近的人造天体过于多了。”平劲松回应,这些卫星以及各类航天器,都在升空人造电磁波,大量不存在的人工信号不会对观测构成阻碍。

“离地球越大就越好。”他说道,但即使把观测设备架设到月球上,如果面向地球,依然避不开地球卫星低频无线电电磁辐射的噪声。

要突破地球电离层的屏蔽、抓住卫星的信号,还要遮盖来自太阳的电磁辐射,经过种种约束的检验,月球背面沦为了满足条件、技术可及的最佳自由选择。从阿波罗时代开始,科学家就设想把低频射电设备放在月球背面去观测,美国、日本等国都明确提出过建议,欧空局甚至制订过详尽的计划,但最后皆并未构建。原因很非常简单,各国都没在月球背面降落的探测器,怎么把设备放上去?因此,甚低频频段仍然是射电天文领域未曾被垦殖过的处女地。直到嫦娥四号任务实行,为此项研究获取了绝佳的跟上机会。

避免噪声阻碍“卡拉OK技术”来拜托嫦娥四号任务中的低频射电观测计划,由中国和荷兰联合积极开展。科技日报记者了解到,荷兰在射电天文领域,特别是在是低频观测上,可谓国际上技术最先进设备的国家之一。2015年10月,荷兰航天局局长采访中国国家航天局,双方定案了探寻与和平利用外层空间协议书备忘录。

在此框架下,低频射电合作项目被两国划入嫦娥四号工程。中科院国家天文台负责管理协商与荷方月球低频射电载荷工作事宜。合作项目中,双方研制了两台低频射电探测仪。

平劲松讲解说道,两台载荷的概念设计由中方明确提出,中荷各研制一台,主要功能基本非常,中方载荷配备于嫦娥四号着陆器,荷方载荷配备在2018年5月升空的鹊桥号中继卫星上。在工作模式上,中国载荷通过太阳能供电,当嫦娥四号着陆区是白天时积极开展工作;入夜后,中继星上的荷方载荷展开工作。

在观测目标上,荷方载荷可以观测地球两极的射电愈演愈烈,中方载荷可以屏蔽地球与太阳的影响,观测很远的目标。不过该项目也面对许多技术挑战,噪声仍是其中之一。

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虽然月球背面十分“自性”,嫦娥四号本身带给的阻碍却不容忽视。平劲松说道,鹊桥中继星是全新研制的卫星,在研发时就对卫星平台噪声采行了诱导措施,对载荷也有减震处置。相比之下,作为嫦娥三号备份的嫦娥四号,却是是以搜月居多业,并没做到涉及处置。

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回应,载荷研制团队想到了其他办法。许多音乐发烧友都告诉,在原声音乐音乐大碟里,有所不同音色都有各自的音轨,通过技术手段可以对音轨展开编辑。

比如,把一首歌里的人声去除,就能把它作为卡拉OK的演奏。科研人员利用类似于原理,除了在嫦娥四号低频射电探测仪上加装了三根宽天线,还装有一根较短天线。电磁波电磁辐射有近场、远场之分。来自嫦娥四号的近场信号,长短天线都能接管,而宇宙天体传到的远场信号,宽天线可以明晰地接到,较短天线却有些“听不清”。

凭借长短天线接管信号的差异,科研人员就能把远场信号和近场信号区分出去,再行做到“除法”。平劲松说道:“虽然嫦娥四号不会带给阻碍,但我们可以把这些阻碍去除掉,只留给想的东西。”探路低频射电观测每项找到都有可能填补空白平劲松讲解,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使用了长寿命设计,在嫦娥四号任务届满完结后,很可能会之后工作数年,取得更加多观测机会。

随着射电天文学的最后一扇窗渐渐打开,“探路者”的每一项找到都有可能填补空白,这让科学家们充满著期望。平劲松说道,比如太阳愈演愈烈时波段很长,从上百亿赫兹到几百兆赫兹,以后很低的频率。

落在低频时,相等于就是指离太阳较远的地方升空出来。这样的愈演愈烈过去未曾观测到,但今后只要碰上,就能观测并且跟踪它再次发生的整个过程,这对研究日地空间的天气效应,建构模型预报太阳灾害事件等有相当大协助。同时,嫦娥四号低频射电探测仪还能利用对太阳愈演愈烈的观测,观测月球的电离层环境。平劲松说道,如果月球还有电离层,它也不会像地球电离层一样挡住电磁信号,但挡住的频率更加较低。

因为太阳的愈演愈烈是倒数的,我们可以计算出来出有哪一段电磁辐射频率被挡住,以此推算出月球电离层的密度特性。配备于鹊桥中继星上的低频射电探测仪,将与嫦娥四号低频射电探测仪协同观测。由于处在地月拉格朗日L2点,中继星上的探测仪可以观测研究太阳低频射电特征和地月空间低频射电环境;倒数监测地球千米波电磁辐射愈演愈烈,探究其带给的空间扰动。

还有望在行星际激波、日冕物质吸积和高能电子束的产生机理等方面获得原创性成果。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,说明了宇宙线的起源与传播过程,同时观测银河系电离气体云的产于。

在银河系之外,射电星系的电磁辐射往往来自中心大质量黑洞活动时产生的喷流。这些喷流渐渐加热,其电磁辐射频率也渐渐减少,因此低频观测还有可能看见更加古老的喷流,从而加剧对黑洞活动的了解。更加激动人心的可能性,是用低频射电探测仪观测探寻宇宙大爆炸完结后的黑暗时代,以及此后第一代恒星构成时的宇宙黎明。

此前,美国EDGES实验在78兆赫兹频段找到了一个非常强劲的吸取序,这有可能是宇宙黎明产生的,但与标准理论模型差距相当大,因此引发相当大争议。如果能在洁净的电磁环境中展开这种观测,将有助提高实验的精度。


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