月球科学正进入一个新的活跃阶段

汪雨甘捍

直观机器的有效载荷将包含ROLSES的材料，以插图形式显示在月球表面。直觉机器公司。

（）据对话（杰克·伯恩斯）：自1972年以来，美国国家航空航天局首次计划于2024年在月球上进行科学实验。由于新技术和公私伙伴关系，这些项目将开辟科学可能性的新领域。作为今年启动的几个项目的一部分，包括我在内的科学家团队将从南极和月球的远端进行射电天文学研究。

美国国家航空航天局的商业月球有效载荷服务项目，或称CLPS，将使用无人着陆器进行美国国家航空航天局50多年来的首次月球科学实验。CLPS计划不同于以往的太空计划。商业公司将通过公私合作的方式来完成这一项目，而不是由美国国家航空航天局建造着陆器并运营该项目。美国国家航空航天局确定了十几家公司作为登月飞船的供应商。

美国国家航空航天局购买了这些着陆器上的空间，供科学有效载荷飞往月球，这些公司设计、制造着陆器并为其提供保险，同时与火箭公司签订发射合同。与过去不同的是，美国国家航空航天局是客户之一，而不是唯一的驱动力。

CLPS发射

首批两个CLPS有效载荷计划在2024年前两个月发射。还有1月8日发射的Astrobotics有效载荷，它在经历了燃料问题后缩短了前往月球的旅程。接下来是直觉机器有效载荷，计划于2月中旬发射。美国国家航空航天局还计划在未来几年每年进行几次额外的着陆——大约每年两到三次。

我是一名射电天文学家，也是美国国家航空航天局罗尔斯计划的合作研究员，该计划也被称为月球表面光电子鞘层的无线电波观测。ROLSES由美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心建造，由Natchimuthuk Gopalswamy领导。

ROLSES仪器将于2月份推出直观的机器。在罗尔斯与另一项计划于两年后在月球远端执行的任务“LuSEE-Night”之间，我们的团队将在2026年前让美国国家航空航天局的首批两台射电望远镜登陆月球。

月球上的射电望远镜

月球——尤其是月球的远端——是进行射电天文学和研究来自太阳和银河系等外星物体信号的理想场所。在地球上，包含地球磁场的电离层会扭曲和吸收调频波段以下的无线电信号。这些信号可能会被扰乱，甚至可能无法到达地球表面。

在地球上，也有电视信号、卫星广播和国防雷达系统产生噪音。为了进行更高灵敏度的观测，你必须远离地球进入太空。

科学家称月球为潮汐锁定。月球的一面总是面向地球，即“月球上的人”的一面，而另一面，即遥远的一面，总是背向地球。月球没有电离层，地球和月球远端之间有大约2000英里的岩石，没有干扰。这是无线电静默。

在2024年2月发射的第一次ROLSES任务中，我们将收集月球南极附近环境条件的数据。在月球表面，太阳风直接撞击月球表面并产生一种带电气体，称为等离子体。电子脱离带负电荷的表面，形成高度电离的气体。

地球上不会发生这种情况，因为磁场会使太阳风发生偏转。但是月球上没有全球磁场。有了像罗尔斯这样的低频射电望远镜，我们将能够首次测量等离子体，这可能有助于科学家找到如何在月球上确保宇航员安全的方法。

当宇航员在月球表面行走时，他们会带走不同的电荷。这就像穿着袜子走过地毯一样——当你伸手去拿门把手时，你的手指可能会擦出火花。带电气体在月球上也会发生同样的放电现象，但对宇航员的潜在危害更大。

太阳和系外行星无线电发射

我们的团队也将使用罗尔斯观察太阳。太阳表面释放冲击波，发出高能粒子和低无线电频率发射。我们将使用射电望远镜测量这些辐射，并观察太阳风中冲击波产生的低频无线电波爆发。

我们还将从月球表面检查地球，并使用该过程作为模板来查看可能在其他恒星系统中孕育生命的系外行星的无线电发射。

磁场对生命来说很重要，因为它们保护行星表面免受太阳风/恒星风的影响。



LuSEE-Night展示了它的四个天线，可以探测无线电波。鸣谢:萤火虫航空航天

未来，我们的团队希望在月球的远端使用专门的天线阵列来观察附近已知有系外行星的恒星系统。如果我们探测到来自地球的同类无线电发射，这将告诉我们地球有磁场。我们可以测量磁场的强度，以确定它是否足以保护生命。

月球宇宙学

夜间月球表面电磁实验（LuSEE-Night）将于2026年初飞往月球的远端。LuSEE-Night标志着科学家首次尝试在月球上进行宇宙学研究。

LuSEE-Night是美国国家航空航天局和能源部之间的一次新颖合作。数据将通过由欧洲航天局资助的月球轨道通信卫星“月球探路者”发回地球。

由于月球的远端是独特的无线电宁静区，因此是进行宇宙学观测的最佳地点。在每14天一次的两周月夜期间，没有来自太阳的辐射，也没有电离层。

我们希望研究早期宇宙中未被探索的部分，即黑暗时代。黑暗时代指的是宇宙中第一批恒星和星系形成之前和之后，这超出了詹姆斯·韦伯太空望远镜的研究范围。

在黑暗时代，宇宙不到1亿岁——今天宇宙已经有137亿岁了。黑暗时代的宇宙充满了氢。氢以低无线电频率在宇宙中辐射，当新的恒星启动时，它们会电离氢，在光谱中产生无线电信号。我们的团队希望测量该信号，并了解宇宙中最早的恒星和星系是如何形成的。

在宇宙中最后一个未被探索的宇宙时期，我们还可以研究许多潜在的新物理学。我们将研究暗物质和早期暗能量的性质，并在一个未探索的时代测试我们的物理学和宇宙学基本模型。

这个过程将从2026年的LuSEE-Night任务开始，这既是一项基础物理实验，也是一项宇宙学实验。