嫦娥四號牽手“鵲橋”：推開射電天文學(xué)最后一扇窗

嫦娥四號著陸器監(jiān)視相機C拍攝的“玉兔二號”巡視器走上月面影像圖

　　1月3日，嫦娥四號探測器在月球背面成功著陸。著陸器拍回了照片，玉兔二號月球車也下地撒歡，留下了一串腳印。安好家以后，它們就要開始工作，開展各項科學(xué)探測了。

　　其中，著陸器上低頻射電探測儀的三根5米天線已展開到位。

　　“月球背面的電磁環(huán)境非常干凈，在那里開展低頻射電探測是全世界天文學(xué)家夢寐以求的事情，將填補低頻射電觀測的空白?！眹铱臻g科學(xué)中心副主任、月球與深空探測總體部主任鄒永廖說。

　　尋找“干凈”的觀測環(huán)境 月球背面成絕佳地點

　　“電磁波譜的任何一個波段背后，都有天體的物理現(xiàn)象和機理。”中科院國家天文臺研究員、嫦娥四號月球低頻射電探測儀中方首席專家平勁松告訴科技日報記者，“只要能感知到，就可以尋找它們的規(guī)律?！?/p>

　　1930年代，美國貝爾實驗室工程師卡爾·央斯基在短波高頻波段偶然收到來自地球之外的天體輻射，開啟了射電天文的大門。自此，電磁波成為了天文學(xué)家觀測天體輻射的核心手段之一。

　　之所以迄今為止人類仍然使用短波和中波進行通信，歸功于地球空間存在的比較濃密的電離層，能反射這些波段的人造電磁波，使得電磁波無法逃出地球范圍。但與此同時，來自地球以外低于10兆赫茲的電磁輻射，也無法透過地球電離層到達地面?？梢哉f，這個波段的天文觀測窗口被地球電離層“屏蔽”了。因而地面射電天文觀測都是在更高的頻段開展。

　　既然在地球上無法開展低頻射電探測，天文學(xué)家決定在太空尋找解決途徑。上世紀90年代，來自中國、荷蘭等國的射電天文學(xué)家開始進行相關(guān)論證。然而，他們遇到了新的問題。

　　“地球附近的人造天體太多了?！逼絼潘杀硎?，這些衛(wèi)星以及各類航天器，都在發(fā)射人造電磁波，大量存在的人工信號會對觀測形成干擾?！半x地球越遠越好?！彼f，但即使把觀測設(shè)備架設(shè)到月球上，如果面向地球，仍然避不開地球衛(wèi)星低頻無線電輻射的噪聲。

　　要突破地球電離層的屏蔽、躲開衛(wèi)星的信號，還要遮擋來自太陽的輻射，經(jīng)過種種約束的篩選，月球背面成為了滿足條件、技術(shù)可及的最佳選擇。

　　從阿波羅時代開始，科學(xué)家就設(shè)想把低頻射電設(shè)備放到月球背面去探測，美國、日本等國都提出過建議，歐空局甚至制定過詳細的計劃，但最終均未實現(xiàn)。原因很簡單，各國都沒有在月球背面著陸的探測器，怎么把設(shè)備放上去？

　　因此，甚低頻頻段一直是射電天文領(lǐng)域從未被開墾過的處女地。直到嫦娥四號任務(wù)實施，為此項研究提供了絕佳的起步機會。

　　消除噪聲干擾 “卡拉OK技術(shù)”來幫忙

　　嫦娥四號任務(wù)中的低頻射電探測計劃，由中國和荷蘭共同開展。科技日報記者了解到，荷蘭在射電天文領(lǐng)域，尤其是低頻觀測上，堪稱國際上技術(shù)最先進的國家之一。

　　2015年10月，荷蘭航天局局長訪問中國國家航天局，雙方敲定了探索與和平利用外層空間諒解備忘錄。在此框架下，低頻射電合作項目被兩國納入嫦娥四號工程。中科院國家天文臺負責(zé)協(xié)調(diào)與荷方月球低頻射電載荷工作事宜。

　　合作項目中，雙方研制了兩臺低頻射電探測儀。平勁松介紹說，兩臺載荷的概念設(shè)計由中方提出，中荷各研制一臺，主要功能基本相當，中方載荷搭載于嫦娥四號著陸器，荷方載荷搭載在2018年5月發(fā)射的鵲橋號中繼衛(wèi)星上。在工作模式上，中國載荷通過太陽能供電，當嫦娥四號著陸區(qū)是白天時開展工作；入夜后，中繼星上的荷方載荷進行工作。在探測目標上，荷方載荷可以探測地球兩極的射電爆發(fā)，中方載荷可以屏蔽地球與太陽的影響，探測更遠的目標。

　　不過該項目也面臨許多技術(shù)挑戰(zhàn)，噪聲仍是其中之一。雖然月球背面非?！扒鍍簟保隙鹚奶柋旧韼淼母蓴_卻不容忽視。平勁松說，鵲橋中繼星是全新研制的衛(wèi)星，在研發(fā)時就對衛(wèi)星平臺噪聲采取了抑制措施，對載荷也有降噪處理。相比之下，作為嫦娥三號備份的嫦娥四號，畢竟是以探月為主業(yè)，并沒有做相關(guān)處理。

　　對此，載荷研制團隊想出了其他辦法。