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用月球上的望远镜可以做哪些天文学研究?

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几十年来,天文学家一直说,建造大型望远镜的最佳地点之一是月球表面。与地球和太空望远镜相比,月球有几个优势,值得考虑作为未来大型天文台的所在地。一篇新的论文列出了其所有的优势,包括月球表面的望远镜如何不会被大气阻挡或受到风的影响,以及低重力如何允许建造巨大的结构,这些结构可以随着时间的推移被宇航员逐步升级。



法国天文学家吉恩·施耐德(Jean Schneider)、皮埃尔·科维拉(Pierre Kervella)和安东尼·拉贝里(Antoine Labeyrie)在论文中写道:“天文学中重大问题的进展,比如某些系外行星或暗物质上的生命,最终将需要高角度分辨率、大收集区域和全光谱。所有天文学都将受益于月球定位所提供的优势。”

尽管我们可能需要几十年的时间才能在月球上永久存在,但天文学家建议,我们现在就应该从小型望远镜开始。

多年来,作为NASA创新先进概念计划的一部分,科学家和工程师们对月球观测站提出了各种各样的想法。早在2005年,就有人提议在月球两极附近建立一个使用旋转液体镜的深视场红外观测站。今年早些时候,美国宇航局戈达德太空飞行中心的一个团队提出了一种月球长基线光学成像干涉仪(LBI)的设计方案,用于可见光和紫外波长的成像。此外,天文学家主张在月球背面建造射电望远镜,因为这个“无线电安静”区总是背对地球,将为研究各种天文现象提供完美的位置,这些现象在地球的低无线电频率下无法观察到,甚至地球轨道空间望远镜也无法观察到。



在他们的新论文中,吉恩·施耐德、皮埃尔·科维拉和安东尼·拉贝里说,月球为天文观测提供了三个明显的优势。它没有大气层,可以观测到整个光谱,包括可见光、紫外线和红外线。天文学家不需要处理大气湍流,月球的低重力和无风使得用非常大的仪器安装超大望远镜成为可能。这对于轨道上的卫星来说是不可能的。此外,月球上的望远镜将允许仪器升级并具有很长的使用寿命,这对于空间卫星来说是不切实际的,因为它们的燃料有限。

天文学家写道:“月球提供了安装大型望远镜或干涉仪的可能性,这些仪器可以比轨道望远镜上的仪器更大。”

利用各种观测技术,从光度法到高对比度和高角度分辨率成像,天文学家提出了几个可以解决的雄心勃勃的科学案例,包括观测我们自己的太阳系(包括我们自己的地球),以及遥远的系外行星和可能的系外卫星。他们补充说,非常高的角度分辨率将允许对系外行星凌日甚至系外海洋上的恒星闪烁进行成像。

在河外领域,月球上的望远镜可以研究暗物质的分布或观察类星体的引力透镜。其他月球望远镜可以研究早期宇宙中未被探索的黑暗时代,即第一批恒星和星系形成之前和形成期间。



月球望远镜的最佳位置取决于两个因素:地点的物理条件(温度、土壤质量、太阳光照)和它的科学目标。

“例如,指向地球的望远镜必须放置在月球的近侧,”他们说。“从目标可观测性的角度来看,它们几乎可以放置在任何地方。在月球两极,只有一半的天空是可见的,但一直都是这样。在月球赤道,整个天空都是可见的,但只有一半的时间。对地球或对地球的观测,最佳地点是离月球赤道不远的地方。”

然而,在月球表面建立天文台确实存在几个问题,包括持续不断的尘埃、流星体的到来倾向,或者处理其他惊喜,如月球地震学(月球地震)。

考虑到以上的最终科学目标,天文学家说,一个30厘米到1米级的小型望远镜将可以探索重大的科学案例。

尽管这第一个月球望远镜只是一个原型,但它仍然具有天文价值。它可以完成对詹姆斯·韦伯太空望远镜或哈勃太空望远镜的补充观测。但在未来,一个20米的镜子将提供比JWST高3倍的分辨率,并且通过整合,或者让“快门”长时间打开,可以观察到亮度低100倍的物体。

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