嫦娥四号牵手“鹊桥”:推开射电天文学最终一扇窗-科技日报-射电-嫦娥四号_新浪科技_新浪网

嫦娥四号牵手“鹊桥”:推开射电天文学最终一扇窗|科技日报|射电|嫦娥四号_新浪科技_新浪网
嫦娥四号勘探器在月球反面成功着陆。着陆器拍回了相片,玉兔二号月球车也下地撒欢,留下了一串足迹。安好家往后,它们就要开端作业,打开各项科学勘探了。 其间,着陆器上低频射电勘探仪的三根5米天线已打开到位。 “月球反面的电磁环境十分洁净,在那里打开低频射电勘探是全世界地理学家朝思暮想的作业,将添补低频射电观测的空白。”国家空间科学中心副主任、月球与深空勘探整体部主任邹永廖说。 寻觅“洁净”的观测环境月球反面成绝佳地址 “电磁波谱的任何一个波段反面,都有天体的物理现象和机理。”中科院国家地理台研讨员、嫦娥四号月球低频射电勘探仪中方首席专家平劲松通知科技日报,“只需能感知到,就能够寻觅它们的规则。” 1930年代,美国贝尔试验室工程师卡尔·央斯基在短波高频波段偶尔收到来自地球之外的天体辐射,敞开了射电地理的大门。自此,电磁波成为了地理学家观测天体辐射的中心手法之一。 之所以迄今为止人类依然运用短波和中波进行通讯,归功于地球空间存在的比较稠密的电离层,能反射这些波段的人工电磁波,使得电磁波无法逃出地球规模。但与此一起,来自地球以外低于10兆赫兹的电磁辐射,也无法透过地球电离层抵达地上。能够说,这个波段的地理观测窗口被地球电离层“屏蔽”了。因而地上射电地理观测都是在更高的频段打开。 既然在地球上无法打开低频射电勘探,地理学家决定在太空寻觅处理途径。上世纪90年代,来自我国、荷兰等国的射电地理学家开端进行相关证明。但是,其们遇到了新的问题。 “地球邻近的人工天体太多了。”平劲松表明,这些卫星以及各类航天器,都在发射人工电磁波,很多存在的人工信号会对观测构成搅扰。“离地球越远越好。”其说,但即便把观测设备架设到月球上,假如面向地球,依然避不开地球卫星低频无线电辐射的噪声。 要打破地球电离层的屏蔽、躲开卫星的信号,还要遮挡来自太阳的辐射,经过种种束缚的挑选,月球反面成为了满意条件、技能可及的最佳挑选。 从阿波罗年代开端,科学家就设想把低频射电设备放到月球反面去勘探,美国、日本等国都提出过主张,欧空局乃至拟定过具体的方案,但终究均未完成。原因很简单,各国都没有在月球反面着陆的勘探器,怎样把设备放上去? 因而,甚低频频段一直是射电地理范畴从未被开垦过的处女地。直到嫦娥四号使命施行,为此项研讨供给了绝佳的起步时机。 消除噪声搅扰“卡拉OK技能”来协助 嫦娥四号使命中的低频射电勘探方案,由我国和荷兰一起打开。科技日报了解到,荷兰在射电地理范畴,尤其是低频观测上,可谓国际上技能最先进的国家之一。 2015年10月,荷兰航天局局长拜访我国国家航天局,两边敲定了探究与和平利用外层空间体谅备忘录。在此框架下,低频射电合作项目被两国归入嫦娥四号工程。中科院国家地理台担任和谐与荷方月球低频射电载荷作业事宜。 合作项目中,两边研发了两台低频射电勘探仪。平劲松介绍说,两台载荷的概念规划由中方提出,中荷各研发一台,主要功能根本适当,中方载荷搭载于嫦娥四号着陆器,荷方载荷搭载在2018年5月发射的鹊桥号中继卫星上。在作业形式上,我国载荷经过太阳能供电,当嫦娥四号着陆区是白地利打开作业;入夜后,中继星上的荷方载荷进行作业。在勘探方针上,荷方载荷能够勘探地球南北极的射电迸发,中方载荷能够屏蔽地球与太阳的影响,勘探更远的方针。 不过该项目也面对许多技能应战,噪声仍是其间之一。尽管月球反面十分“清净”,嫦娥四号自身带来的搅扰却不容忽视。平劲松说,鹊桥中继星是全新研发的卫星,在研发时就对卫星平台噪声采取了按捺方法,对载荷也有降噪处理。相比之下,作为嫦娥三号备份的嫦娥四号,究竟是以探月为主业,并没有做相关处理。 对此,载荷研发团队想出了其其方法。 许多音乐发烧友都知道,在原声音乐大碟里,不同音色都有各自的音轨,经过技能手法能够对音轨进行修改。比方,把一首歌里的人声去掉,就能把它作为卡拉OK的配乐。 科研人员凭仗相似原理,除了在嫦娥四号低频射电勘探仪上安装了三根长天线,还装有一根短天线。电磁波辐射有近场、远场之分。来自嫦娥四号的近场信号,长短天线都能接纳,而世界天体传来的远场信号,长天线能够明晰地收到,短天线却有些“听不清”。凭仗长短天线接纳信号的不同,科研人员就能把远场信号和近场信号区别开来,再做“减法”。平劲松说:“尽管嫦娥四号会带来搅扰,但吾们能够把这些搅扰剔除去,只留下想要的东西。” 探路低频射电观测每项发现都或许添补空白 平劲松介绍,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勘探仪都采用了长寿命规划,在嫦娥四号使命期满完毕后,很或许会持续作业数年,获得更多观测时机。 跟着射电地理学的最终一扇窗逐步敞开,“探路者”的每一项发现都有或许添补空白,这让科学家们充溢等待。 平劲松说,比方太阳迸发时波段很宽,从上百亿赫兹到几百兆赫兹,直至很低的频率。落到低频时,适当所以从离太阳很远的当地发射出来。这样的迸发曩昔从未观测到,但往后只需遇上,就能观测而且追寻它发作的整个进程,这对研讨日地空间的气候效应,构建模型预告太阳灾祸事情等有很大协助。 一起,嫦娥四号低频射电勘探仪还能凭仗对太阳迸发的观测,勘探月球的电离层环境。平劲松说,假如月球还有电离层,它也会像地球电离层相同阻挠电磁信号,但阻挠的频率更低。因为太阳的迸发是接连的,吾们能够计算出哪一段辐射频率被阻挠,以此计算月球电离层的密度特性。 搭载于鹊桥中继星上的低频射电勘探仪,将与嫦娥四号低频射电勘探仪协同观测。因为处在地月拉格朗日L2点,中继星上的勘探仪能够勘探研讨太阳低频射电特征和地月空间低频射电环境;接连监测地球千米波辐射迸发,探究其带来的空间扰动。还有望内行星际激波、日冕物质抛射和高能电子束的发生机理等方面获得原创性效果。 除了观测太阳、地球、月球,低频射电勘探仪还有望观测到银河系中普遍存在的世界线电子,提醒世界线的来源与传达进程,一起勘探银河系电离气体云的散布。在银河系之外,射电星系的辐射往往来自中心大质量黑洞活动时发生的喷流。这些喷流逐步冷却,其辐射频率也逐步下降,因而低频观测还或许看到更陈旧的喷流,然后加深对黑洞活动的知道。 更激动人心的或许性,是用低频射电勘探仪观测探究世界大爆炸完毕后的黑暗年代,以及尔后第一代恒星构成时的世界拂晓。此前,美国EDGES试验在78兆赫兹频段发现了一个适当强的吸收谱,这有或许是世界拂晓发生的,但与规范理论模型相差很大,因而引起很大争议。假如能在纯洁的电磁环境中进行这种观测,将有助于提高试验的精度。