面積100平方公里！美國望遠(yuǎn)鏡或超中國天眼，建在月球上

美國科學(xué)家大膽設(shè)想！他們將要建造最新的射電望遠(yuǎn)鏡，其面積達(dá)到了驚人的100平方公里，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于我們的中國天眼。不僅如此，這款望遠(yuǎn)鏡甚至不是在地球上建造，而是要建在月球上！

這聽起來有點(diǎn)不可思議，但科學(xué)家們確實(shí)早就想去月球建造望遠(yuǎn)鏡了。

我們知道，月球只有一面能夠朝向地球，這就是月球的正面；另一面永遠(yuǎn)看不到地球，也叫做月球的背面�？茖W(xué)家認(rèn)為，月球背面就是人類已知最佳的射電望遠(yuǎn)鏡選址之一。

為什么中國天眼要建在貴州的山溝溝里？就是為了避免人類電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾。這種干擾看似微弱，但會(huì)給射電天文觀測(cè)帶來巨大的干擾，因此參觀者甚至連手機(jī)都不能攜帶。相比之下，月球直徑達(dá)到了3476公里，其龐大的身軀可以完全屏蔽來自地球的電磁干擾。

既然地表不行，我們能不能將這種望遠(yuǎn)鏡建設(shè)在太空呢？答案同樣是否定的。在太空中，來自太陽風(fēng)的等離子體噪聲將會(huì)干擾射電天文學(xué)的觀測(cè)。相比之下，月球可以提供一個(gè)等離子體空腔，屏蔽這種干擾�？梢哉f，月球背面是最近、最完美的電磁波寧靜區(qū)。

幾十年前，科學(xué)家就有這樣的想法了。最近，美國天文學(xué)家和工程師們指出：未來已至，人類已經(jīng)具備了實(shí)現(xiàn)這一壯舉的能力，可以著手準(zhǔn)備了。

他們將這個(gè)項(xiàng)目命名為“用于黑暗時(shí)代和系外行星的無線電科學(xué)調(diào)查的月背陣列”，簡(jiǎn)稱為FARSIDE，恰好就是（月球）背面的含義，我們姑且稱之為月背計(jì)劃。根據(jù)我們?cè)?020年介紹的上一個(gè)FARSIDE概念中，月背望遠(yuǎn)鏡的口徑大約有1公里。

加州理工學(xué)院天文學(xué)教授Gregg Hallinan是該概念的研究者之一，他提出的設(shè)想更加宏大，其占地面積將超過100平方公里！

Hallinan向我們描述，該望遠(yuǎn)鏡可以對(duì)宇宙中的其他恒星拍攝出前所未有的射電圖像，幫助我們了解它們的日冕物質(zhì)拋射和高能粒子事件等，還能幫助我們了解其宜居帶內(nèi)的系外行星周圍的磁層，這對(duì)于一顆行星的宜居性來說至關(guān)重要。

它也可以用于研究我們自己的恒星——太陽的活動(dòng)，也可以觀測(cè)太陽系其他天體，甚至有望回答第九大行星是否存在的謎題。它甚至可以觀測(cè)宇宙的黑暗時(shí)代，也就是宇宙的早期歷史，那個(gè)時(shí)候宇宙中幾乎沒有恒星和星系，這段歷史一直是天文學(xué)家最好奇的話題。

為了滿足這方面的研究，研究人員設(shè)計(jì)的這一款望遠(yuǎn)鏡可以在極低的無線電頻率下進(jìn)行觀測(cè)，其頻率為3MHz。利用他們?cè)O(shè)計(jì)的雙極化偶極子天線的陣列，月背望遠(yuǎn)鏡的靈敏度可以比地表提高100倍，獲得前所未有的超強(qiáng)觀測(cè)能力！

說了這么多，美國人到底要怎樣建造呢？要知道，他們現(xiàn)在連宇航員都送不到月球上，更何況建造望遠(yuǎn)鏡！

不過，建造望遠(yuǎn)鏡未必需要人類親自上月球，美國宇航局的機(jī)器人就有望完成這項(xiàng)任務(wù)。

其實(shí)這些年來，美國宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）一直在開發(fā)Axel系列漫游車。它的外形很像平衡車，但是體型更大，并且可以組合成為四輪車。Axel很擅長在球表面進(jìn)行無人工作，并且能夠在陡峭、崎嶇的地形上工作。經(jīng)過20多年的發(fā)展，其功能已經(jīng)非常強(qiáng)大，并且一直在等待著適合自己的任務(wù)。

除了和JPL合作之外，他們還看中了藍(lán)色起源的藍(lán)月著陸器。藍(lán)色起源是很強(qiáng)大的私人太空公司，掌門人就是前世界首富杰夫·貝佐斯。該公司的首席科學(xué)家Steve Squyres，更是美國宇航局勇氣號(hào)和機(jī)遇號(hào)兩大火星車的主要研究人員，經(jīng)驗(yàn)豐富。

建成之后，望遠(yuǎn)鏡運(yùn)行所需的能源也是一個(gè)問題。研究人員指出，他們可以采用多任務(wù)放射性同位素?zé)岚l(fā)電機(jī)（MMRTG）提供電力。而且，如果能夠使用藍(lán)月著陸器，他們還能夠改進(jìn)這方面的設(shè)計(jì)。

就算不需要人，建造望遠(yuǎn)鏡的材料該如何運(yùn)輸呢？實(shí)際上，該望遠(yuǎn)鏡和我們的中國天眼并不完全相同，雖然都叫射電望遠(yuǎn)鏡，但美國準(zhǔn)備在月背建造的是射電望遠(yuǎn)鏡陣列。這種望遠(yuǎn)鏡不需要像天眼一樣采用一塊塊的反射單元，也不需要像光學(xué)望遠(yuǎn)鏡一樣采用鏡片，甚至連地球表面望遠(yuǎn)鏡陣列的天線都用不上，而是采用特殊的系繩。

根據(jù)Hallinan的設(shè)想，這種系繩呈扁平狀，厚度僅有1~2毫米，其中有嵌入式天線，并且具備光學(xué)通信和導(dǎo)電的能力，只需按照設(shè)計(jì)的圖樣鋪在月球背面即可。

具體來說，建造該望遠(yuǎn)鏡需要利用Axel漫游車牽引一根長達(dá)12公里的系繩，每一根系繩上都有64個(gè)遠(yuǎn)程供電的電子節(jié)點(diǎn)。

研究人員設(shè)計(jì)了4種不同的陣列分布模式，其中四臂螺旋的形狀是最優(yōu)選擇，也就是利用4臺(tái)漫游車。因?yàn)檫@可以讓每一臺(tái)漫游車行走的軌跡最短，換句話說，系繩的長度可以足夠短，對(duì)于漫游車的承載能力要求比較低，更容易實(shí)現(xiàn)。

按照Hallinan等人的概念來設(shè)想，月背計(jì)劃的望遠(yuǎn)鏡占地面積將超過100平方公里！

另外還有一個(gè)問題，那就是月球表面的惡劣環(huán)境。要知道，月球在黑夜中溫度可以下降到-100℃以下，這對(duì)許多設(shè)備來說都是巨大的威脅。不過，JPL的工程師已經(jīng)設(shè)計(jì)出了一款新的天線接收器，其電子元件可以在極低溫的環(huán)境下正常工作，這就不需要額外的加熱設(shè)施了。

盡管有了這些解決方案，研究人員也不是最終拍板的人。Hallinan指出，如果能夠馬上展開下一步的工作，那么最早在2028年之前就可以將望遠(yuǎn)鏡的相關(guān)設(shè)施發(fā)射到月球背面。

至于美國宇航局何時(shí)采取這樣的行動(dòng)，那就不好說了。