LuSEE-Night著陸點位于月球背面，位于23°48'50“S 176°49'47”E，射電處于當?shù)氐匦胃唿c。望遠南部的鏡項位置使科學家可以通過中繼通信衛(wèi)星進行更好的覆蓋。Credit: Brookhaven National Laboratory
（神秘的目旨地球uux.cn）據(jù)美國物理學家組織網(wǎng)（by Brookhaven National Laboratory）：美國能源部（DOE）布魯克黑文國家實驗室（Brookhaven National Laboratory）的科學家正在領(lǐng)導一項新的努力，將射電望遠鏡降落在月球上。尋找線電如果成功，古老該項目將標志著探索宇宙黑暗時代的月球第一步。
黑暗時代是射電宇宙史的早期時代，始于大爆炸后約38萬年。望遠黑暗時代沒有恒星或行星。鏡項這是目旨科學家們從未能夠觀測到的時間點。盡管黑暗時代的尋找線電無線電波仍在太空中徘徊，但地球上大量的古老無線電干擾掩蓋了科學家試圖研究它們的信號。
如果宇宙學家能夠探測到來自黑暗時代的月球無線電波，即所謂的“黑暗時代信號”，他們將有助于揭開宇宙中一些最大謎團的答案，比如暗能量的性質(zhì)或宇宙本身的形成。
布魯克海文物理學家安澤·斯洛薩（Anže Slosar）表示：“在恒星形成之前，對宇宙進行建模更容易。我們幾乎可以精確地計算所有的東西。”。“到目前為止，我們只能使用一個稱為宇宙微波背景的基準來預測宇宙的早期階段。黑暗時代信號將提供一個新的基準。如果基于每個基準的預測不匹配，這意味著我們發(fā)現(xiàn)了新的物理。”
現(xiàn)在，一個名為“月球表面電磁實驗之夜”（LuSEE Night）的新項目旨在首次訪問黑暗時代信號。LuSEE之夜是NASA和DOE合作開發(fā)的射電望遠鏡的一個非凡概念，Brookhaven實驗室領(lǐng)導DOE在該項目中的角色，DOE的勞倫斯伯克利國家實驗室提供關(guān)鍵技術(shù)支持。
LuSEE之夜將創(chuàng)造歷史，因為它能夠到達一個不適宜居住的地方并在那里生存，那里有足夠的無線電靜默，可以探測到黑暗時代的信號：月球背面。
在月球的黑暗面生存
有些人可能知道它是“月球的黑暗面”，但科學上稱之為“月球背面”的東西并不是永遠黑暗的。月球背面因無法從地球上看到而得名，但它經(jīng)歷了自己的晝夜循環(huán)。
“月球和地球是潮汐鎖定的，這意味著月球以與地球相同的速度圍繞自己的軸旋轉(zhuǎn)，”斯洛薩說。斯洛薩是美國能源部對LuSEE之夜科學計劃和運營的貢獻負責人，也是LuSEE夜合作發(fā)言人。“這就是為什么我們總是看到月球的同一面。但我們看不到的那一面，即月球的遠側(cè)，在夜晚被月球自身的質(zhì)量屏蔽了許多無線電干擾源。”
幾十年來，世界各地的宇宙學家一直對從月球背面觀察宇宙感興趣，他們以前也曾嘗試過到達月球。但作為對月球遠端無線電靜默的交換，它提供了一個危險的環(huán)境，科學設(shè)備幾乎沒有生存的機會，更不用說將數(shù)據(jù)傳輸回地球了。
月球背面在14天的黑暗中，隨后是14天的暴曬。這會導致溫度在250至-280華氏度之間波動，幾小時內(nèi)就會發(fā)生劇烈變化。
“月球比火星更容易到達，但其他一切都更具挑戰(zhàn)性，”布魯克海文儀器部門和LuSEE夜間項目儀器科學家的高級科學家保羅·奧康納說。“在過去的50年里，只有一輛機器人漫游車登上了月球，而六輛則去了距離100倍遠的火星，這是有原因的。這是一個真空環(huán)境，很難排除熱量，而且還有大量輻射。”
LuSEE Night白天必須在真空環(huán)境中排除熱量，并在夜間保持自身不結(jié)冰，同時在持續(xù)14天的黑暗中為自己提供動力，并進行首次同類科學研究。
奧康納說：“電力必須來自電池，根據(jù)電池的大小，電池只能如此高效。”。“更強大的電池更重，登月飛行任務有嚴格的質(zhì)量限制。我們必須非常節(jié)約分配的能量，這讓我們進入了一個熟悉的領(lǐng)域，我們必須在能量和靈敏度之間做出權(quán)衡。”
在嚴格的設(shè)計要求下建造世界領(lǐng)先的科學儀器是布魯克黑文實驗室儀器部門的長期專業(yè)領(lǐng)域。
奧康納說：“我們在建造探測器儀器方面有著悠久的歷史，無論是在高能物理實驗中探測亞原子粒子，還是在國家同步加速器光源II中探測超亮X射線，都能達到靈敏度的極限。”。“在過去的15年中，我們朝著更多的天體物理學應用方向發(fā)展。最值得注意的是，布魯克海文為魯賓天文臺開發(fā)了3.2千兆像素的傳感器陣列。這是迄今為止最大的電荷耦合器件（CCD）陣列。”
布魯克海文在LuSEE之夜項目中的領(lǐng)導作用也帶來了射電宇宙學的專業(yè)知識。特別是，實驗室之前已經(jīng)證明了設(shè)計、建造和操作原型射電望遠鏡的能力。來自實驗室儀器部門和物理部門的物理學家、工程師和技術(shù)人員合作創(chuàng)建了原型，并以高靈敏度觀察了遙遠宇宙的大片區(qū)域。
該實驗室的科學和技術(shù)專長是實現(xiàn)LuSEE之夜雄心勃勃的科學目標和設(shè)計要求的關(guān)鍵組合，特別是在開發(fā)高靈敏度射電望遠鏡方面。
斯洛薩說：“魯塞之夜不是標準的射電望遠鏡。”。“它更像是一個無線電接收器。它將像調(diào)頻收音機一樣工作，接收類似頻段的無線電信號。光譜儀是它的核心。就像無線電調(diào)諧器一樣，它可以分離出無線電頻率，并將信號轉(zhuǎn)換成頻譜。這就是我們的專業(yè)知識給我們的起點。盡管以前沒有人制造過這樣的儀器，但我們知道如何制造最關(guān)鍵的部件——一個非常靈敏的光譜儀。"
除了建造最重要的光譜儀外，布魯克海文還領(lǐng)導美國能源部建造整個望遠鏡。
“我們將建造LuSEE之夜的電子設(shè)備，采購電池、太陽能電池板和通信設(shè)備，并確保儀器的所有部件都具有凝聚力，適合航天飛行，”布魯克海文科學家斯文·赫爾曼（Sven Herrmann）說。“我們將處理內(nèi)部設(shè)備組裝，然后將部件運送到加州大學伯克利分校的空間科學實驗室進行最終整合。NASA將通過其商業(yè)月球有效載荷服務計劃協(xié)調(diào)發(fā)射，該計劃利用私營公司提供月球運輸。”
在月球背面著陸后，LuSEE Night的著陸器將永久關(guān)閉，因此不會產(chǎn)生任何干擾。然后，該望遠鏡將在轉(zhuǎn)臺上部署四根三米長的天線，由伯克利實驗室開發(fā)，用于數(shù)據(jù)收集。然后，盧塞之夜必須面對最大的挑戰(zhàn)：在月球背面度過第一個夜晚。
在地球上的家里，科學家們必須耐心等待40天，等待LuSEE之夜收集第一個數(shù)據(jù)集并將其傳輸?shù)脚c地球通信的中繼衛(wèi)星。在那之前，他們不知道魯塞之夜是否幸存。
如果LuSEE之夜能夠幸存下來，這項合作將實現(xiàn)其主要目標：證明長期以來尋找的月球遠端可以進行射電宇宙學實驗。然后，科學家們將有一個概念的證明，在未來開發(fā)一個更精密的望遠鏡，如果需要的話，它可以更好地探測遙遠的黑暗時代信號。
雖然LuSEE之夜主要被認為是一個探路者，但它的設(shè)計目的是收集兩年的數(shù)據(jù)，并有可能實現(xiàn)宏偉的發(fā)現(xiàn)。LuSEE之夜可能會超越其主要目標，自行探測黑暗時代的信號，甚至在這一過程中揭開隱藏在宇宙深處的新的意想不到的秘密。

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