LuSEE-Night 位于蓝色幽灵 2 号着陆器顶部
射电天文学通过探索人眼无法触及的广阔电磁波谱彻底改变了我们对宇宙的理解。借助巨型射电望远镜,我们发现了脉冲星、类星体、射电星系、星际分子、超大质量黑洞以及宇宙大爆炸的微波回波。
不幸的是,聆听天体发出的声响并非易事,因为地球在无线电波方面并非一片宁静。更不用说地面上的广播和电视广播,甚至卫星信号,以及无处不在的手机信号。此外,还有汽车发动机的火花、微波炉的噪音、雷击、GPS信号、电离层的反射,甚至天线上的鸟粪,都会干扰信号。
天文学家尝试利用电子和数字滤波器来解决这个问题,并将望远镜安置在偏远地区,如英国的贡希利或美国、南非、澳大利亚和巴西受法律保护的无线电静默区,但这仍然不够好——尤其是在聆听相当于宇宙针掉落的现象时。
美国能源部布鲁克海文国家实验室、美国国家航空航天局、加州大学伯克利分校和劳伦斯伯克利实验室的科学家和工程师们并没有试图克服所有这些无线电噪声,而是决定搬到一个更安静的地方。
更安静的地方是月球的远端,月球的大部分重量为 7.34767309×10 19吨,可抵御地球无线电噪音。
第一步是 LuSEE-NIght 任务,其任务是证明可以在月球上远程设置和运行射电望远镜,并发回有意义的科学数据。
LuSEE-Night 示意图
LuSEE-Night 是商业萤火虫航天公司“蓝色幽灵 2 号”月球着陆器的一部分,该着陆器计划于今年年底或明年初发射升空。LuSEE-Night 是一个独立的仪器组,旨在监测 0.1 至 50 MHz 频率范围内的低频无线电信号,并帮助天文学家构建该频段的完整图像。它还可以记录中性氢红移 21 厘米(8.3 英寸)谱线上的任何广播信号。据 NASA 称,这是解开宇宙黑暗时代秘密的关键。宇宙黑暗时代是指宇宙微波背景辐射 (CMB) 形成之后,即大爆炸后 38 万年、第一批恒星和星系形成之前的时期。
然而,这又是一次“先抓住你的兔子”的尝试,因此在科学实验开始之前,团队必须确保 LuSEE-Night 能够像宣传的那样运行。
该设备采用太阳能供电,尺寸为1 x 1 x 0.7米(3.3 x 3.3 x 2.3英尺),基于一套4通道、50MHz奈奎斯特基带接收系统和一套射电光谱仪,用于分离由四根3米长(9.8英尺)铍铜冷轧螺旋螺距弹簧单极天线收集的有用信号。这四根天线排列成两个正交偶极天线,两端间距约为6米(19.7英尺)。该天线阵列可旋转,不仅可以瞄准天空的特定区域,还能帮助根据当地电磁环境校准天线望远镜。此外,月球轨道器将发射预定的代码信号,以协助该仪器的调试。
LuSEE-Night 计划着陆点
LuSEE-Night 配备了一个防护罩,用于在白天反射太阳的热量,并配备了一个重达 40 公斤(88.2 磅)、容量为 6500 至 7160 瓦时的锂离子电池,用于运行加热器,防止电子设备在 14 天的月夜期间(温度降至 -173.15 °C(-279.6 °F))冻结。
借助一颗尚未确定的中继卫星,LuSEE-Night 预计将持续运行长达 18 个月,用于与地球任务控制中心进行信号传输。如果一切顺利,或许有一天,我们会看到月球背面的某个巨大陨石坑变成一个射电天线,让已经废弃的阿雷西博天文台看起来就像一个玩具对讲机。