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我們之所以能夠看到世間萬物,其實是因為我們人類的眼睛能夠感受到一種特殊波長的電磁波——可見光,在宇宙中除了可見光以外,還充斥著大量的我們感受不到的電磁波,按照波長由短到長的順序,宇宙中的電磁波依次劃分為γ射線、x射線、紫外線、可見光、紅外線、微波以及無線電波(如下圖所示)。
雖然我們的眼睛無法看到可見光以外的電磁波,但是我們可以藉助望遠鏡來達到這個目的,但有一個問題是,地球擁有一個厚厚的大氣層,來自宇宙空間的電磁波會被大氣層裡的各種粒子大量地吸收和反射,從而導致在我們在地球表面只能觀測到很少一部分電磁波。
順便講一下,科學家將能夠在地球表面觀測的波段稱為「大氣窗口」,比如說光學窗口(波長在300至700納米之間)、紅外窗口(波長在0.7至1千微米之間)、射電窗口(波長在1毫米至30米之間)等等。
為了更好地觀測宇宙,我們就必須將望遠鏡放置在大氣層之外,於是各種太空望遠鏡應運而生,時至今日,地球附近的空間已經分布了不少的太空望遠鏡,它們提供的觀測數據極大地推進了我們對宇宙的認識。然而由於來自地球的無線電幹擾信號太多,那些用於探測長波的射電望遠鏡並不能發揮出應有的本領,因此科學家就希望能夠把這種望遠鏡建設在月球背面。
我們都知道,月球早已被地球潮汐鎖定,在地球上始終只能看到月球的正面,這就意味著,如果我們可以在月球背面建設一個射電望遠鏡,那麼這個望遠鏡就可以完全避免受到來自地球的無線電幹擾,並且在月球背面入夜之後,來自太陽的無線電幹擾也會被屏蔽掉,這可以讓望遠鏡處於一個極為安靜的環境之中,從而使其觀測效果達到最佳。除此之外,因為月球的引力只有地球的6分之1,所以我們完全可以把這個望遠鏡建設成一個口徑很大超級望遠鏡。
現在,科學家正在將這一宏大目標變成現實,NASA在2020年4月7日宣布了一個好消息:NASA計劃在月球背面建設超級望遠鏡,相關概念項目已正式啟動。根據相關介紹,該計劃大致可分為兩步,第一步是在月球背面選定一個直徑在3至5公裡之間的隕石坑。為什麼要找隕石坑呢?這是因為射電望遠鏡需要一個拋物面反射鏡,而一個合適的隕石坑就正好可以符合這個條件。這一步看上去似乎比較容易完成,但第二步就難了。
第二步就是向這個選定的隕石坑發射用於建設的機器人,這種機器人能夠進行爬壁作業,它們的目標就是在這個隕石坑裡布置特殊的金屬絲,並逐漸將其建設成一個巨大的拋物面反射鏡,再輔以相關的電子設備,最終將其建設成一個巨大的射電望遠鏡。
那麼這個超級望遠鏡有何強大之處呢?衡量一個望遠鏡的分辨本領有一個重要的參數——角解析度,角解析度越小的望遠鏡,其精密程度就越高。需要注意的是,這個角解析度是與波長除以望遠鏡的口徑的值是正相關的,也就是說一個望遠鏡的口徑越大,其精密程度就越高。
我們都知道,地球上現有最大、最精密的射電望遠鏡就是我們的「天眼」(FAST),其口徑為500米,而根據NASA的設想,這個超級望遠鏡在建成以後的直徑可達1公裡左右。可以想像的是,一個精密程度如此之高的超級望遠鏡,放置在遠離無線電幹擾的月球背面靜靜地「聆聽」,它絕對會給我們帶來很多的驚喜。
值得一提的是,如果宇宙中真有外星文明並且他們也會發送無線電波的話,那麼這個性能卓越的超級望遠鏡就很可能會接收到,因此有人認為這個超級望遠鏡的建成,將會成為人類尋找外星文明的裡程碑式的事件。不過我們也不用高興得太早,因為NASA說了,雖然相關概念項目已正式啟動,但是目前該計劃只是處於剛開始的階段,要想真正地將這一宏大目標變成現實,至少還需要十年的時間。
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