去月球背面造一口大“锅”，NASA的新脑洞可行吗？

　　近日，NASA喷气推进实验室工作的萨普塔实﹒班迪帕黑（Saptarshi Bandyopadhyay）向美国国家航空航天局（NASA）创新先进概念（NIAC）提交了一个新计划：月球环形山超长波望远镜项目，即，要在月球远端（月球背面）的环形山中设立一个直径1公里的射电望远镜。

　　目前世界上最大的望远镜是坐落在中国贵州的直径500米的“天眼”FAST望远镜，如果月球环形山超长波望远镜建成，它的直径将比FAST要大一倍，接收面积就比FAST大了四倍。

　　由于它要建在月球上，我们可以先送给它一个名字，“月眼”！

月球环形山射电望远镜示意图 　　图片来自NASA

　　Part.1  为什么要选择将望远镜建在月球上？

　　选择在月球背面搭建望远镜主要基于两个因素：

　　其一，月球本身是一个很好的物理屏障，能将来自地球电离层的无线电干扰/噪声，绕地球运行的卫星以及在月球夜晚期间太阳的无线电噪声隔离开来。要达到这个目的，这个望远镜必须建立在月球远端（即远离太阳和地球的月球背面）的环形山里。

　　其二，与基于地球的望远镜以及绕地球轨道运行的空间望远镜相比，位于月球背面的超长波射电望远镜可以观察波长大于10米（即，低于30MHz的频率）的宇宙。

　　由于这种超长波会被地球电离层反射，因此在地球上迄今无法观测，对这个波长下的宇宙人类还知之甚少。这个波长对应于宇宙早期的黑暗时代（Dark Ages），因此可以用来观测这个时期的21cm信号，（如图2所示）探索早期宇宙的物理性质，这也可能是在外太空探测地外文明的很好手段。

宇宙演化历史及对应的21厘米信号（Pritchard & Loeb 2012）

　　Part.2  将“月眼”放在月球分几步？

　　提案中详细描述了月球车在落地后如何建立这个丝网望远镜系统。如图3所示。计划使用壁攀双轴车以适当的深度与直径比在陨石坑中部署壁厚1公里的丝网，以形成球冠反射器。

　　首先，在月背找到直径3至5公里的合适的月球陨石坑；用航天器将望远镜和安装设备双轴车运至月球。

　　其次，先将望远镜和双轴车绑定在一起，在下落过程中，望远镜和双轴车分离。望远镜在陨石坑（即环形山）中心位置着陆，而双轴车在陨石坑旁边着陆。这个双轴车是多用途的，既可以立起来像车一样行驶移动，又可以压低锚定，做起落架和升降机使用。

　　着陆后，落在坑中的望远镜展开，部署导向线网。而双轴车则锚定，轴压低，然后和陨石坑内的导向线网连接。连接好后，就可以把展开的望远镜接收器吊起来，放到计算好的指定位置。

　　最后，部署好接收器，再协调拉开并拉起起丝网球冠反射器，使其展开成为一个厚度约1公里的丝网，并使其深度-直径比达到合适的要求，测试其与接收器连接固定好，望远镜就安装完成了。

　　如果这个项目能付诸实施，这个直径为1公里的月球环形山射电望远镜（LCRT）将成为目前全世界最大的全口径射电望远镜（不包括阵列望远镜）。

望远镜的着陆和安装过程 图片来自NASA

　　Part.3  这个计划会实施吗？

　　在月球上建立望远镜来观测宇宙，理想很丰满，问题来了，这个计划靠谱吗？会不会被实施？

　　我们需要先来了解一下创新先进概念计划（NIAC）。NIAC是NASA为了培育有远见的想法，通过突破创造全新的航空航天概念，同时让美国的创新者和企业家成为合作伙伴而创立的思想平台，这个平台欢迎各行各业的人提交提议，这也就意味着，任何人都可以给NIAC提交航天航空相关领域提议。

　　这个平台的提议分为三期，在月球背面建立超长波望远镜这个提议位于第一期精选。精选提案还包括：空间捕获系统计划，与星际物体交会的动态轨道弹弓计划，天文药房，月球水提取，星际导航计划等诸多有意思的设想。大家如果有兴趣可以通过NASA网站查看（点击阅读原文即可跳转）。

　　创新先进概念（NIAC）平台从各种非传统来源寻求新思路，研究创新的，技术上可靠的，先进的概念。这些概念有“改变”未来航空航天的可能性，但NIAC只是一个让设想可以发表的平台，绝大部分设想都不会成为真正实施的项目。

　　月球环形山超长波望远镜设想可能永远也不会成为NASA的实际任务，但是，这种集思广益的平台形式非常值得我们借鉴，毕竟，前人无数的奇思妙想很多不也变成了现实吗？

　　出品：科普中国

　　制作：孔令杰、张同杰

　　（北京师范大学天文系宇宙之美科普团队）

　　监制：中国科学院计算机网络信息中心

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