探索宇宙鸿蒙初开,拓展人类认知边界

2019.10.09 , 浏览次数: 152

月球轨道超长波天文观测阵列是空间科学先导专项背景型号项目,内部以“鸿蒙计划”命名,由中国科学院国家天文台、中国科学院国家空间科学中心、上海微小卫星创新研究院并联合国内外多个科研团队开展研究。

目标是以中国提出的创新卫星编队概念,打开电磁频谱最后的超长波观测窗口,探索宇宙鸿蒙初开的黑暗时代,为拓展人类认知边界贡献中国力量。

自古以来,浩瀚的星空就引起人们无限的好奇和思索。但是,我们所看到的这些就是宇宙中的一切吗?其实,可见光仅仅是电磁频谱中的一小部分,还存在着红外、紫外、X-射线、伽马射线和无线电等。多波段观测可以展示不一样的图景。

图1:不同波段下的星系

当人类用新波段观测天空时,就收获了中子星、黑洞、宇宙微波背景辐射等许多新发现。但是迄今为止,电磁频谱中还有一个空白--- 频率30MHz以下的超长波,由于地球电离层的吸收和折射,再加上大量人为的电磁辐射干扰,在地面甚至近地空间观测都非常困难,超长波的天空究竟是什么样子的呢?

月球能够有效遮挡来自地球的电磁干扰,为超长波天文观测提供最佳环境。超长波天文观测阵列计划在月球轨道上进行超长波观测。卫星组合体整体发射,进入环月轨道后依次释放子星,形成线性编队。在轨道背地面开展观测,在对地面由主星下传观测数据。

图2:超长波天文观测阵列示意图

来自各方向的射电信号到达各子星的时间不同,利用干涉测量技术,8颗低频子星获取1~30兆赫频段的高分辨率天图和频谱, 1颗高频子星在30~120兆赫频段获取高精度全天平均辐射谱,打开超长波观测的新窗口。

图3:进行低频探测的低频子星

在超长波频段探索宇宙的黑暗时代和黎明是一个核心科学目标。我们的宇宙起源于约138亿年前的大爆炸,此后宇宙进入黑暗时代,经过约1亿年演化形成第一代恒星,此后形成越来越多的恒星和星系,进入现代宇宙。虽然大爆炸理论已得到证实,但我们对宇宙黑暗时代和黎明却所知极少。宇宙黑暗时代尚无恒星,只有中性氢气体可产生21厘米波长的辐射,这些辐射今天已红移到超长波频段,精密的超长波观测将揭示这一宇宙演化中的神秘时期。

图4:宇宙演化历史

超长波是电磁频谱中最后的空白,其高精度辐射谱和高分辨率天图可以在宇宙学、河外射电星系、银河系星际介质、宇宙线、太阳和行星物理等研究中给出无可替代的宝贵信息。在这个新窗口我们还会发现什么呢?这是一个难以准确预测的“未知之未知”。超长波观测将为我们揭开宇宙鸿蒙初开时的神秘面纱,成为射电天文学和空间探测的里程碑。

(来源:光明网)