嫦娥四号牵手“鹊桥”推开射电天文学最后一扇窗

发布时间:2021-03-21    来源:体育平台欢迎你 nbsp;   浏览:27956次
本文摘要:1月3日,嫦娥四号探测器顺利降落在月球背面。

1月3日,嫦娥四号探测器顺利降落在月球背面。着陆器把照片拍了回来,玉兔2号月球车也下到了地面,留下了一系列脚印。安顿下来后,他们会开始工作,积极进行各种科学观察。

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其中,着陆器上的低频无线电探测器的三个5米天线已经完成。“月球背面的电磁环境非常干净。

积极在那里开展低频无线电观测是全世界天文学家的梦想,这将在低频无线电观测方面留下一个空白。”国家航天科学中心副主任、月球与深空探测综合部主任邹说。寻找一个“干净”的观测环境月球背面成为绝佳之地。

"在电磁波序列的任何波段后面,都有天体的物理现象和机制."中国科学院国家天文台研究员、中国嫦娥四号卫星低频无线电探测器首席专家平劲松告诉《科技日报》记者,“只要你能感觉到,你就能找到它们的规律。”20世纪30年代,贝尔实验室的工程师卡尔扬斯基(karl jansky)无意中接收到地球以外天体的短波和高频带电磁辐射,开启了射电天文学的大门。

从此电磁波成为天文学家观测天体电磁辐射的核心手段之一。人类至今仍在使用短波和中波通信,这要归功于地球空间不存在的相对密集的电离层,可以在这些波段点亮人工电磁波,使电磁波无法逃离地球。

但与此同时,来自地球外部的10兆赫以上的电磁辐射不能通过使用地球的电离层到达地面。可以说这个波段的天文观测窗口被地球电离层“屏蔽”了。因此,地面无线电天文观测是在较高的频段积极进行的。由于低频无线电观测不能在地球上积极进行,天文学家要求找到一种方法来解决空间问题。

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90年代,来自中国、荷兰等国的射电天文学家开始论证。然而,他们遇到了新的问题。"地球附近人造天体太多了."平劲松回应说,这些卫星和各种航天器都在发射人工电磁波,大量不存在的人工信号不会妨碍观测。“离地球越远越好。

”他说,但是即使在月球上安装了观测设备,如果它面向地球,它仍然无法避免地球卫星低频无线电电磁辐射的噪音。要突破地球电离层的屏蔽,抢占卫星信号,覆盖来自太阳的电磁辐射,经过各种约束,月球背面已经成为满足条件、达到技术的最佳自由选择。自阿波罗时代以来,科学家们就设想在月球背面放置低频无线电设备进行观察。

美国、日本等国家都明确提出了建议,欧空局甚至制定了详细的计划,但最后都没有建成。原因非常非常简单。

各个国家都没有探测器降落在月球背面。怎么才能把设备装上去?所以极低频带在射电天文学领域还是一块处女地。

在嫦娥四号任务完成之前,这是一个很好的继续进行这项研究的机会。为避免噪声阻碍“卡拉ok技术”,嫦娥四号任务中的低频无线电观测项目由中荷双方共同积极开展。《科技日报》记者了解到,荷兰是射电天文学领域技术最先进的国家之一,尤其是在低频观测方面。

2015年10月,荷兰航天局局长与中国国家航天局进行了面谈,双方最终确定了关于探索与和平利用外层空间的协议备忘录。在此框架下,两国将低频无线电合作项目归为嫦娥四号项目。中国科学院国家天文台负责荷兰月球低频无线电载荷的管理、咨询和工作。在合作项目中,双方开发了两种低频无线电探测器。

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在工作模式上,我国的负荷是以太阳能为动力,在嫦娥四号着陆区为白天时积极开展工作;晚上,中继星上的负载开始工作。在观测目标上,荷兰负载可以观测到地球两极不断增加的射频,中国负载可以屏蔽地球和太阳的影响,观测远处的目标。然而,该项目也面临许多技术挑战,噪声仍然是其中之一。虽然月球背面很“自成一体”,但嫦娥四号本身带来的障碍也不容忽视。

平劲松说,鹊桥中继星是新研制的卫星。在研发过程中,卫星平台的噪声被诱发,载荷也被阻尼。相比之下,嫦娥三号的备份嫦娥四号,大部分时间都在从事探月,不涉及处置。

作为回应,负载开发团队想到了其他方法。很多音乐爱好者告诉我们,在原声音乐专辑的配乐中,不同的音色有自己的曲目,可以通过技术手段进行编辑。例如,如果您从歌曲中移除声音,您可以将其作为卡拉ok播放。

利用类似的原理,研究人员在嫦娥四号低频无线电探测器上安装了三个宽天线和一个短天线。电磁波电磁辐射可分为近场和远场。来自嫦娥四号的近场信号,长短天线都可以接收,而宇宙物体发射的远场信号,宽天线可以清晰接收,但短天线有些“听不见”。

凭借长短天线接管信号的差异,研究人员可以区分远场信号和近场信号,然后进行“分割”。平劲松说:“嫦娥四号虽然不会带来障碍,但是我们可以把这些障碍清除掉,只留下我们认为的东西。

“填补低频无线电观测的每一项发现的空白是可能的。平劲松解释说,作为低频无线电观测的“探路者”,嫦娥四号工程中的两个低频无线电探测器采用了长寿命设计,嫦娥四号任务到期后,很可能会在几年后工作,以获得更多的观测机会。随着射电天文学最后一个窗口的开启,探路者的每一个发现都有可能填补空白,这让科学家们充满期待。平劲松说,比如太阳越来越强的时候,波段很长,几百亿赫兹到几百兆赫,然后频率很低。

低频下落时,相当于被抬离太阳。这种加重在过去没有观察到,但只要在未来发生,就可以观察和跟踪其复发的全过程,对于研究日地空间的天气效应和建立预测太阳灾害的模型有很大的帮助。同时,嫦娥四号低频无线电探测器还可以利用对太阳的不断增加的观测来观测月球的电离层环境。

平劲松说,如果月球有电离层,就不会像地球电离层那样阻隔电磁信号,但阻隔频率会更低。因为太阳的强化是互逆的,我们可以计算出屏蔽了哪个电磁辐射频率,进而计算出月球电离层的密度特性。鹊桥中继卫星上搭载的低频无线电探测器将配合嫦娥四号低频无线电探测器进行观测。

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由于位于地球和月球的拉格朗日L2点,中继星上的探测器可以观测和研究太阳低频无线电特性以及地球和月球空间的低频无线电环境;倒计时监测地球千米波的电磁辐射越来越差,探索其带来的空间扰动。也有望在行星际冲击波、日冕物质吸积和高能电子束产生机制等方面取得原创性成果。

低频射电探测器除了观测太阳、地球和月球,还有望观测银河系中普遍存在的宇宙线电子,解释宇宙线的起源和传播过程,同时观测银河系中电离气体云的产生。在银河系之外,射电星系的电磁辐射往往来自中央大质量黑洞活动产生的喷流。随着这些喷流逐渐升温,它们的电磁辐射频率也逐渐降低,因此有可能看到更老的喷流 更令人兴奋的可能性是使用低频无线电探测器来观察和探索大爆炸结束后的黑暗时代和后来第一代恒星形成时的宇宙黎明明。

此前美国EDGES实验在78 MHz发现了非常强的吸收序列,可能是宇宙黎明明造成的,但与标准理论模型相差甚远,引起了相当大的争议。如果这种观察能够在干净的电磁环境中进行,将有助于提高实验的准确性。


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