如果月球上也有射電望遠鏡的話...

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翻譯：張瀚之

校對：牧夫校對組

編排：陳宏宇

後臺：朱宸宇

https://www.universetoday.com/164880/a-radio-telescope-on-the-moon-could-help-us-understand-the-first-50-million-years-of-the-universe/#google_vignette

種種跡象都表明，重啓月球任務將是未來十年最大的航天趨勢。事實上，多個航天機構和商業航天公司已經下了決心將宇航員送到月球，並準備建造月球上的基礎設施。這其中就包括NASA，CSA和JAXA合作的阿爾忒彌斯大本營計劃，月球門戶以及中俄國際月球研究站（ILRS）合作項目。除了這些此外，一些機構正也正在探索在月球背面建造一個射電天文臺的可能性。

月球上某一個環形山內的射電望遠鏡的理想圖示

圖片來源：NASA噴氣推進實驗室

其實多年來，天文學家們就希望可以建立這樣一個天文臺探索早期宇宙的黑暗時代（第一批恆星和星系形成之前，大爆炸後約5000萬年）。雖然人們對月球射電天文臺可以進行什麼樣的研究有很多猜想，但最近以色列的特拉維夫大學的一項研究預測了該天文臺可以獲得什麼樣的實際成果。

特拉維夫大學物理與天文學院的天體物理學教授Rennan Barkana和博士後研究員Rajesh Mondal是這項研究的主要負責人，他們的成果《利用黑暗時期的21釐米氫線信號對精確宇宙學研究的展望》已發表在《自然·天文學》雜誌上。他們的研究表明測量到的射電信號可以用來測試標準宇宙學模型，並進一步確定宇宙的組成。

月球背面射電望遠鏡的假想圖

圖片來源：DALLE

宇宙的黑暗時代發生在宇宙大爆炸後大約130000至10億年，而這段時間一直是人類對宇宙理解最少的一段時期，所以被起了這樣的名字。而且，來自這個宇宙時期的光，由於紅移只能在射電波段纔可以被觀察到。同時，這一時期光子的唯一來源是宇宙微波背景（CMB），或者被稱爲中性氫再電離引起的21釐米氫線。

但是，這些射電信號只能在沒有大氣干擾和其他射電源的太空中才能被研究。而其中一個這樣的理想環境就是月球的背面了。在月球的另一邊，射電天文臺可以安全地免受太陽造成的射電干擾。不過可想而知，在月球背面建立一個觀測站是重大挑戰。Barkana教授在特拉維夫大學最近的一個採訪中說到：

“NASA的韋伯太空望遠鏡最近發現了遙遠的星系，我們接收到的是從宇宙大爆炸後約3億年時星系發出的光。我們的這個新研究研究了一個更早、更神秘的時代：宇宙大爆炸僅5000萬年後的宇宙黑暗時代。早期宇宙的條件與今天是截然不同的。”

“我們的這項新研究通過把當前的宇宙歷史知識與各種射電觀測數據相結合做了一個預測。具體來說，我們計算了由氫在不同時間的密度和溫度決定的射電波強度，然後示範瞭如何分析這樣的信號。”

宇宙膨脹示意圖

（圖片來源：NASA/WMAP團隊）

對於希望在宇宙學領域做出突破的天文學家來說，宇宙黑暗時代提供了一個研究宇宙中第一批恆星和星系的機會。Barkana和Mondal認爲，月球射電天文臺可以測量射電信號，以確定早期宇宙的成分、宇宙的膨脹率（從而測試暗能量理論），還可能深入瞭解暗物質。這些都是宇宙學標準模型和冷暗物質（LCDM）模型的組成部分。

他們還發現，如果能有多個射電天線陣列，天文學家們還可以在大爆炸後不久準確地測量氫和氦的含量。因爲氫推動了第一批恆星的形成，並且逐漸產生更重的元素、行星，並最終產生生命，所以這個數據會是無比重要的。最後，他們指出月球天線陣列也有可能測量出宇宙中微子的質量，一個在粒子物理標準模型之外發展物理學的關鍵參數。Barkana教授在採訪中總結道：

“當科學家打開一個新的觀測窗口時，通常會有很多令人驚訝的發現。通過月球觀測，我們可能會發現暗物質的各種性質，暗物質是我們所知道的構成宇宙中大部分物質的神秘物質，但我們對其性質和性質知之甚少。如果有朝一日我們真的可以實現月球射電陣列建設的夢想，它們會照亮的宇宙黑暗時代，註定會給宇宙學的研究帶來新的曙光。”

責任編輯：郭皓存

牧夫新媒體編輯部

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