月球FARSIDE计划：探索宇宙黑暗时代与系外行星之谜

张立武

“月球FARSIDE计划”是一项雄心勃勃的科学任务，旨在利用月球背面的独特环境，探测宇宙的“黑暗时代”并搜寻系外行星。该计划将在月球远端部署一个低频射电望远镜阵列，这片区域能有效屏蔽地球的无线电干扰，为观测提供前所未有的宁静环境。科学家们希望通过捕捉宇宙大爆炸后最初数亿年发出的微弱信号，揭开宇宙早期结构形成的神秘面纱。同时，该阵列还将监测恒星活动，探测可能适宜居住的系外行星。这项任务有望彻底改变我们对宇宙起源和地外生命的理解，推动天体物理学和宇宙学的前沿探索。



       
                “月球FARSIDE计划”：揭开宇宙黑暗时代和系外行星的神秘面纱
       

       
               

       

        一位艺术家勾勒了FARSIDE计划的未来蓝图。

        （图源： ©美国国家航空航天局/加州理工学院喷气推进实验室/科罗拉多大学博尔德分校，杰克·伯恩斯）

        出于很多原因，月球的背面始终强烈地吸引着人类的注意力。因此，一项全新的概念任务以“背面阵列”(Farside
Array)项目为依托应运而生。该项目全称为对黑暗时代和系外行星进行无线电科学调查的远地阵列 (the Farside Array for
Radio Science Investigations of the Dark ages and
Exoplanets)，因此被简称为FARSIDE。

       
               

       
       
               
       

        “背面阵列”(Farside Array)项目的部署方案。（图源： ©美国国家航空航天局/加州理工学院喷气推进实验室/科罗拉多大学博尔德分校，杰克·伯恩斯）

        这个概念任务的主体是：在月球背面放置一个低射频干涉阵列。对此，科罗拉多大学博尔德分校的杰克•伯恩斯和加州理工学院的格雷格•哈利南联合发表了一份由NASA资助研究的报告。这份报告大致勾勒出了执行该任务的方法。

        根据这些材料，FARSIDE将能够对最近的恒星系统进行几乎连续不间断的监测，使得科学家们可以通过这些监测资料寻找其他恒星的日冕物质抛射和高能粒子事件。同时，该仪器还将能够探测到最近宜居系外行星的磁气圈。除此之外，FARSIDE也能够在我们的太阳系中描述类似的天体活动，从太阳到外部行星，甚至是假设的第九大行星。

        值得一提的是，FARSIDE需要依托运输工具来抵达月球表面。而这一步，有可能利用商用月球着陆器来实现。在上述的研究报告中，便是以蓝色起源公司的“蓝色月球”着陆器作为设计参考。

       
               

       
       
               
       

        艺术家所描绘的蓝色起源公司的“蓝色月球”着陆器。（图源：蓝色起源）

        总的来说，研究团队预计，按照研发占30%，运营占15%的NASA和JPL标准成本储备方式，FARSIDE项目的预算大约是13亿美元。

       
               

       
       
               
       

        “FARSIDE”项目计划采用月球通道来与地球通信。（图源： ©美国国家航空航天局/加州理工学院喷气推进实验室/科罗拉多大学博尔德分校，杰克·伯恩斯）

        研究团队在报告中写道：“在过去十年中，为了获得将有效载荷送到月球表面的能力，商业公司进行了大量投资，而现在，一些公司已经看到了胜利的曙光。NASA通过商业月球有效载荷服务计划(CLPS)向这些公司给予了强而有力的支持，该计划已经授予了三家公司第一份合同，按照合同，这些公司将要在2021年运送NASA的一个任务到月球。”

       
               

       
       
               
       

        一个艺术家所描绘的关于一颗宜居行星经历了它的主恒星——一颗活跃的 m 矮星的日冕物质抛射（CME）。 探测日冕物质抛射，高能粒子事件和候选宜居行星的磁层，是远侧阵列的关键科学目标。（图源：Chuck Carter/Caltech/Kiss）

        研究报告中更是指出，由于月球背面的“天空噪声”非常少，所以它是太阳系内部唯一可以进行这种观测的地方。因此那里可供使用的频率最能满足FARSIDE项目的要求。

       
               

       
       
               
       

        月球背面是执行“FARSIDE”计划的理想之地。（图源：КОСМОГРАД）

        这项研究可能也会引起月球科学界的兴趣，伯恩斯说，因为按照描述，它的“低频无线电偶极天线阵列也可以用来探测月球背面的地下和作为地震活动的基站。”

        相关知识

        月球轨道计划是美国在1966至1967年间，为了提供阿波罗登月所需要的地图，进行的一系列五艘无人月球轨道任务。这五次任务都获得成功，并且绘制了99%的表面，分辨率达到60米或更高的月面地图。前面的三次任务，以地基观测为基础，和低倾斜轨道飞越，选择了20处有潜力的登陆地点。

       
               

       
       
               
       

        第四次及第五次任务为了更广泛的科学任务，以高度飞越极区。月球轨道器4号拍摄了整个月球正面与95%的背面；月球轨道器5号拍摄了整个的月球背面，并获得36处预先选定的中等（20米）和高解析（2米）的影像。所有的月球轨道器太空船都是以擎天神-爱琴娜D发射的。

                       
                               
            作者：不详　来源：网络