阿耳忒弥斯任务有望在月球部署超强成像望远镜

在地球上，基于地面的干涉测量法已被证实是一种成功的科学研究手段，其能将多个望远镜的光加以组合，发挥出如同单个大型望远镜的作用。

然而，月球上的紫外线（UV）/光学干涉仪望远镜怎样才能取得更出色的科学成果，阿耳忒弥斯任务能否助力达成这一目标？

这正是最近提交至 2024 年 SPIE 天文望远镜+仪器会议的一项研究期望解决的问题，因为一组研究人员提出了阿耳忒弥斯支持的恒星成像仪（AeSI），顾名思义，其有可能借由美国国家航空航天局即将开展的阿耳忒弥斯任务被送达月球表面。

该提案近期通过了美国国家航空航天局创新先进概念（NIAC）计划的第一阶段研究，有希望开发出具有革命性的、极高角分辨率的在其他行星体上开展科学研究的方法，同时也能为其他任务作出贡献。

在此，《今日宇宙》与美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心的天体物理学家、美国国家科学基金会项目主任吉奥亚·劳博士探讨了这项令人称奇的研究，涵盖了这项研究背后的动机、此项工作的重要成果、倘若这项研究通过第一阶段后的下一步举措、有关月球表面位置的长期目标，以及 AeSI 如何增进我们对系外行星可居住性的理解。那么，这项研究背后的动机究竟是什么？

劳博士对《今日宇宙》说道：“这项研究的动机在于评估我们能否与人类阿耳忒弥斯计划合作，在月球表面建造并运行一个大型、稀疏孔径的天文台（干涉仪），并判定其是否与先前开发的自由飞行器选项具备竞争力。

“最终目标是以超高清晰度在紫外线和光学波长下探究我们的宇宙，角分辨率约为哈勃太空望远镜的 200 倍！由于上层大气的存在，从地球表面无法开展紫外线观测，即便在可见光范畴内，地球大气也限制了地面干涉仪所能获取的最终分辨率。”

在这项研究中，研究人员以长期以来将紫外线/光学干涉仪置于太空的提议为基础展开研究，但由于月球表面缺乏基础设施，科学家们更倾向于使用卫星和轨道飞行器，研究人员将其称为“自由飞行器”。

对于 AeSI，研究人员提议利用通过美国国家航空航天局（NASA）的阿耳忒弥斯计划带到月球的基础设施建造一个月球干涉仪，目的是提供关系外行星系统的先进科学成果，包括恒星表面、其内部、磁场、空间天气和系外行星的宜居性。

为实现这一目标，AeSI 将由一个位于月球南极附近的 1 公里基线紫外线/光学成像干涉仪组成，这里是阿耳忒弥斯计划，尤其是阿耳忒弥斯三号的着陆区域。

除了加强科学研究之外，该团队还强调了该项目的可扩展性，指出其有可能包含多达 30 个或更多元素，以构成一个单一的干涉仪。此外，该团队还解决了在此过程中可能出现的几个问题，包括月球尘埃、地震活动以及使用机器人助手作为建设的辅助支持。那么，这项研究最重要的收获是什么？

劳博士说：“这项研究最重要的收获在于该项目是可行的，表明我们的项目负责人肯尼斯·卡彭特博士（美国国家航空航天局/戈达德太空飞行中心）的富有远见的想法可以切实地发展。该研究为进一步的研究和技术开发提供了重要建议，这对于推进项目以及解决任何技术挑战和所需的进一步技术开发至关重要。”

正如所提到的，AeSI 已通过美国国家航空航天局（NASA）的创新先进概念（NIAC）计划获批进行第一阶段研究（成功率低于 4%！），自 1998 年以来，NIAC 一直成功地助力航空航天领域的技术推进，其原名为 NASA 高级概念研究所，直到 2007 年才关闭。

仅仅两年之后，国会要求美国国家科学院审查其关闭的原因，并提出了未来的建议，从而在 2011 年促成了当前的 NIAC 计划。

从那时起，NIAC 在纳米卫星、行星探索、系外行星光谱学、天体物理学、宇宙学、太阳科学、人类太空探索等许多领域做出了技术进步。这些提案要经历三个阶段，每个阶段都为项目带来更多的资金和时间。因此，鉴于 AeSI 是第一阶段的研究，如果它要获得推进批准，接下来的步骤会是什么？

劳博士说：“接下来的步骤将涉及从 NIAC 寻求第二阶段的支持，以及探索额外的资金和资源。第二阶段将侧重于进一步发展和完善我们在第一阶段正在进行的为期 9 个月的初步研究。

“我们相信我们的前瞻性概念有可能彻底改变科学研究，并为月球表面的技术演示提供重要机会，因此我们真心希望能获得进一步的支持......”

关于 AeSI 的长期目标，劳博士说：“在月球表面放置干涉仪存在多种限制，尤其是在光学和紫外线方面！我们在 NIAC 第一阶段研究的最终报告中有更详细的描述，该报告将公开，并于明年初发布。

“我们的项目目前计划从第一阶段开始，由 15 辆漫游车组成长轴为 1 公里的椭圆形阵列配置。天文台将在后续阶段发展为约 30 辆漫游车的阵列，并配有增强型枢纽，以合并来自更多漫游车（镜站）的光束，并将为诸如遥远的类太阳恒星、活动星系核（AGN）、系外行星、冷却演化的恒星等天体提供极高的角分辨率。”

如前所述，除了对恒星开展强化科学研究外，AeSI 的科学目标之一还在于确定系外行星的可居住性，因为美国国家航空航天局（NASA）已经证实，在我们的银河系中存在超过 5700 颗系外行星。

其中，近 70 颗目前被划定在其母星的“宜居带”内，其中 29 颗可能是类地（岩石）世界，其余 41 颗可能是“水世界”或迷你海王星。

这些潜在的宜居世界被发现处于宜居带内和外，有些在一次轨道运行中其轨道既处于宜居带内又处于宜居带外。因此，AeSI 如何促进我们对系外行星可居住性的理解？

劳博士说：“AeSI 将为遥远系外行星系统中母星的特征提供更深入的见解。通过对这些恒星进行更彻底的分析，我们可以更好地了解影响其轨道行星宜居性的条件。这包括检查行星与其恒星之间的相互作用，这可能对这些系外行星上的生命潜力产生重大影响。”

随着美国国家航空航天局（NASA）准备通过阿尔忒弥斯计划自 1972 年以来首次将人类送回月球，值得注意的是，凭借阿尔忒弥斯所建立的基础设施能够完成令人难以置信的科学研究。

因此，由于来自地球的地面干涉测量是一个早已确立且成功的科学领域，它为更好地理解射电天文学、太阳物理学、星云、星系和系外行星作出了贡献，AeSI 提供了一个独特的机会，在其他行星体上进行革命性的科学研究，以前所未有的最高角分辨率拍摄遥远恒星的图像，同时也测试新技术。

劳博士最后说道：“AeSI 将提供宇宙在紫外线（UV）中的首个超高角分辨率视图。这对于天体物理学的诸多方面而言都是一个巨大的飞跃，从了解恒星中的磁活动及其对周围行星的影响，到对系外行星、空间天气、活动星系核、恒星天体物理学等的详细研究。

“AeSI 的高角分辨率紫外线和光学观测将在天体物理学中开辟新的领域，为宇宙中最具活力和最神秘的组成部分提供更丰富、更详细的图像。”

由今日宇宙提供