俄罗斯天文学家提议在月球上建造一架望远镜来研究黑洞

解码异世界 2024-04-02 20:36:25

P.N.列别捷夫物理研究所 (FIAN) 的天体航天中心希望将月球环极区域的亚太赫兹望远镜与地面望远镜结合起来。正因为如此,才有可能获得直径40万公里望远镜的部分能力。尽管该提案表面上合理,但它仍然存在严重缺陷。

太赫兹是波长为毫米和亚毫米长度(100-1000 GHz)的范围。在天文学中,它被认为是非常有前途的:在太空中,有相当多的物质吸收这部分光谱,因此其中的信号平均在整个宇宙中传播得更好。即使从地球上也可以获得良好的数据:例如,事件视界望远镜能够获得银河系中心和 M87 星系中黑洞周围的图像。问题是地球大气层对这种波的吸收非常强烈。

毫不奇怪,列别杰夫物理研究所的宇航中心正在积极致力于创建直径为10米的毫米管(Spektr-M)太空观测站。他们计划将其放置在距离地球约150万公里的太空中。通过与地面观测站的互动,太空观测站将能够提供直径150万公里的“虚拟望远镜”的效果。

然而,在规划毫米波时,做出了错误的决定:就俄罗斯航天而言,总体上假设与其他国家进行最积极的合作。用于将望远镜冷却至负 250 度以上的系统以及外差装置均将进口。但正如人们所预料的那样,外国合作伙伴拒绝参与,因此在 2022 年决定自行生产最复杂的区块。

虽然不禁让人欢欣鼓舞,但显然这会让Millimetron的发射时间推迟数年。此外,目前还不清楚俄罗斯开发商是否能够针对太空条件制造出温度降至-250度(理想情况下甚至更低)的冷却系统,或者他们是否必须将自己限制在-220度,因此,望远镜的灵敏度较低。

在《宇宙研究》杂志上的一篇新论文中,列别捷夫物理研究所天文航天中心的科学家研究了亚赫兹天文台的几个替代概念。FIAN 网站上也报道了这项工作。除了毫米级的空间组件之外,他们还在探索地面亚太赫兹天线阵列的选择,即小直径阵列。另一种选择是在月球表面安装望远镜。

用于测试关键技术的原型阵列将由三到六个天线组成,天线直径为三到五米。最初,它将在普希诺射电天文台安装和测试。测试完成后,科学家们希望基于该原型创建一个成熟的亚赫兹天文台。它应包括六个完全旋转的天线,每个天线的直径可达八米,天线表面质量约为 40 微米。最终仪器的角分辨率将达到 0.59 英寸角秒。他们计划将天线阵列放置在达吉斯坦马雅克山(2352米)的当地高原上或萨延山脉的库鲁盖沙峰(3015米)上。

但在考虑的选项中,还有一个更雄心勃勃的选项:在环极永恒阴影的月球陨石坑之一内放置一台类似于地面望远镜的望远镜。这是月球上太阳永远照射不到的陨石坑的名字。地球、火星和金星上没有这样的地方,因为它们的自转轴有明显的倾斜(冬夏周期)。但月球的自转轴倾斜度要小得多,而且月球上大约有 300 个陨石坑总是被遮蔽。

天文航天中心的科学家指出,永恒黑暗陨石坑中的冷却系统——迄今为止是俄罗斯毫米波望远镜的致命弱点——所承受的负荷将是最小的。即使没有额外的冷却,估计温度也约为 -220 度。希望在这种条件下,即使是中等先进的冷却系统也能够提供高系统灵敏度所需的负250度。

该研究的作者表示,这样的月球天线阵列与相同射程的地面望远镜网络协同工作,将能够以比月球高出 30 倍的分辨率看到黑洞的阴影。事件视界望远镜的那个。当然,这将极大地促进对超大质量黑洞物理学的理解(并将极大地有助于解决其他天文学问题)。

这种情况看起来相当合理,但前提是您不考虑许多实际困难。关键的一个是月球风化层。从阿波罗计划探险的经验来看,它很快就会粘在月球上的任何人造结构上,并且很难清除。望远镜等敏感系统上的灰尘是一个巨大的问题,可能会灾难性地降低它们接收到的数据的质量。是的,正如《Naked Science》已经写过的那样,极地地区是由永久冻土组成的,这可以减少永恒黑暗陨石坑中的月球尘埃数量。但具体有多少目前还不得而知。

第二个重要问题是,在这个版本中,该项目将从一个虽然复杂的航天器转变为一组单独站立在月球上的多个天线。他们还需要更强大的电源,以及从永恒黑暗陨石坑外带有太阳能电池板的模块到陨石坑本身的传输电缆。事实上,如果没有在月球条件下进行登山工作,这是不可能实现的。考虑到地球天然卫星的宇航服重量超过一英担,在其中进行这样的操作可能是不现实的(这一点只有在首次载人探险这些区域时才能确定)。而且,这是机器人所不具备的。

这项工作的作者提出了将射电望远镜放置在陨石坑之外的选择,即放置在太阳照射的区域,尽管靠近两极。然而,在这种情况下,冷却的实施将变得非常困难:在两周的太阴日内,即使是位于两极的露天望远镜也会严重升温。这比更紧凑、材料消耗更少的“Millimetron”如何更好尚不清楚。

最后,Selene 上安装巨型望远镜的时间也引发了疑问。俄罗斯目前还没有关于月球超重型火箭的非书面工作。也就是说,载人登月飞行在 2030 年代之前不会发生(如果没有人类,就不可能在地球之外实现如此复杂的结构)。到那时,Millimetron 显然将比建造月球天线阵列的 Cyclopean 项目更接近技术实施。也许理解了这一点,本文的作者也在考虑选择一组纯太空望远镜——毫米波望远镜的功能类似物。

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