在月球上建造巨型望远镜真的能发现最早的恒星吗？

近期，一组天文学家正在重新提出一个十年前被NASA搁置的想法，即在月球上安装一个巨大的天文台。这台被称为“终极大型望远镜”的望远镜将能轻而易举地超越同级别的其他望远镜，并能观测到理论上可以预测但从未被观测到的天体。

这个设想要安装在月球表面的大型液镜望远镜，可以完成一项其他望远镜无法完成的任务：寻找宇宙中第一批恒星的迹象。即使是计划于2021年10月31日发射的非常强大的、即将到来的詹姆斯·韦伯太空望远镜也无法看到最早的恒星。

这就是来自德克萨斯大学奥斯汀分校的天文学家们的论点，他们在一篇论文中详细阐述了他们的观点，这篇论文将发表在未来一期的《天体物理学杂志》上（目前可以在arXiv上获得预印本）。

实际上，这个概念可以追溯到2008年，当时亚利桑那大学的一组天文学家提出了月球液镜望远镜的概念。美国国家航空航天局（NASA）很快就考虑过这个想法，但最终还是放弃了这个概念，因为缺乏与Population III型恒星相关的科学研究。Population III型恒星是宇宙中出现的第一批恒星。建设在月球上的望远镜将能够不受大气效应和光污染的影响观察太空。

参与该项研究的科学家在一份声明中说：“在天文学的发展历程中，望远镜的功能越来越强大，使我们能够探测到宇宙早期的来源，甚至能更接近大爆炸。比如，即将到来的詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）将到达星系最初形成的时刻。”

但问题是，尽管JWST的威力十分强大，还是无法发现在星系形成之前就存在的更小、更暗的物体，即Pop III恒星。宇宙的“第一缕曙光”时刻已经超出了强大的JWST的能力，所以，我们需要一个“终极”望远镜。

Pop III恒星在宇宙大爆炸数亿年后突然出现，它由氢气和氦气的混合物产生。理论认为，它们比我们的太阳大几十到几百倍，但即便如此，也比不上整个星系的大小和亮度。因此，Pop III恒星逃脱了探测。

尽管如此，这项由美国宇航局领导的新研究的参与者们主张，Pop III星应该是可以探测到的。我们只需要找到它们的“产卵地”，它们会以“迷你晕”的形式出现。最早的恒星诞生于微小的原始星系中，但正如科学家们在他们的研究中所写的那样，这些天体的亮度“太微弱了，即使用最长的曝光时间也探测不到”。

科学家们解释道：“我们的邻近星系仙女座大约有一万亿颗恒星，我们只能在地球上非常黑暗的地方用肉眼看到它。这些最初的小星系有10到1000颗恒星，而且遥远得多。它的光花了130亿年才到达地球。这两个因素共同作用，我们预计“迷你晕”要比仙女座微弱100万亿倍。”

但是，通过研究Pop III恒星，我们可以研究宇宙早期的条件。

在宇宙早期，在第一批恒星出现之前，可见物质仅由氢和氦组成。恒星对于“孕育”更高的元素是必要的，比如氧和碳，它们是生命的基本元素。科学家们正在运行计算机模拟以更好地了解Pop III恒星，但仍然不确定这些第一批恒星的质量和大小，以及它们是在更大还是更小的星团中形成的。这些问题只能通过观察来回答。

因此，这就需要月球天文台的帮助。科学家们计算了这些数据，发现在月球表面安装一个足够大的镜面望远镜应该可以达到这个目的。静止镜位于月球的北极或南极，直径为328英尺（100米）。该望远镜将是自主运作的，并由附近的太阳能发电站提供动力。该观测站将把数据传送到放置在月球轨道上的一颗卫星。

望远镜的镜面将由液体制成，而不是玻璃（这种解决方案更轻，运输成本也更低）。镜子必须不断旋转，以保持液体表面呈抛物线形。金属液体将构成镜面的最上层，以提供所需的反射率。为了防止过多的热量造成破坏，望远镜将被安装在一个撞击坑内，并放置在一个永久的阴影中。

然而，科学家们也表示，“月球尘埃会对仪器和观测结果产生什么影响尚不清楚。”

通过仰望宇宙，最终的大型望远镜将锁定在一片天空上，尽可能多地吸收光，因为它在近红外和极端红移中寻找迷你晕（这意味着由于空间的扩张而延长了波长的物体距离更远，并且我们看得越远，时间就越深）。

当然，我们并不会直接看到Pop III星，但我们会看到它们的形成地点 —— 一种证明它们存在的确凿证据。

展望未来，科学家们对JWST的发射感到兴奋，这将使科学家们能够研究早期宇宙，包括在Pop III恒星形成后出现的第一代恒星。

在未来，希望理论家和观测者能够共同努力，进一步发展这台月球望远镜的技术。希望人类能重返月球，并建立一个可以建造ULT的地点。

当然，这并不是在月球上建造大型望远镜的唯一建议。美国宇航局喷气推进实验室的机器人专家也概述了对月球观测站的设想，它将建在一个巨大的撞击坑内。与最终的大型望远镜（它将寻找红外光的来源）不同，月球陨石坑射电望远镜将是一个超长波长射电望远镜，能够探测一些在太空中传播的最弱和最遥远的信号。这个项目目前正处于美国宇航局创新先进概念（NIAC）计划的第一阶段。

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