大家没忘记嫦娥四号还在月球背面出差吧?
在射电天文学家的眼里,要实现它的科学目标,探索一些宇宙的终极秘密, 就得防住地球这个“友军”。
什么,居然要“防范”地球???
月球不仅能作为一面盾牌,在电影《独行月球》里保护地球(考虑到两者的直径比,月球能提供的保护作用其实并不大),还能利用自己直径约3500km的身躯阻挡电磁波,提供有利于射电观测设备工作的电磁环境。这些被月球所阻挡的干扰信号,并不是来自宇宙的电磁信号(这些可都是价值极高的目标信号),而恰恰是来自地球这个“友军”。
大气层保护着地球上的生物,也给整个地球戴上了一层“在不同波段有不同透过率”的滤镜。简单来说,就是有些频段的电磁波信号能透过大气层抵达地面,有些频段则不行。这些能透过大气的频段被称为“大气窗口”,它决定了地面上的观测设备能收到哪些频段的来自宇宙的信号。
大气层阻挡各频段的原理各不相同,有的频段的信号会被氧分子吸收,有的频段的信号则会被水汽吸收,而频率在3-30MHz的信号则会被电离层反射绝大部分能量。来自宇宙的3-30MHz的信号大部分能量会被电离层反射回宇宙,无法抵达地球表面,也就无法在地球表面进行观测。同时,从地球表面所发射出的3-30MHz的信号的大部分能量也会被电离层反射回地球表面,并在电离层与地球表面之间多次反射,这也是超视距短波通信的原理。
但这些被电离层阻挡的低频射电信号同样也有着重要的科学意义。
例如,经过红移后的携带宇宙再电离时期信息的中性氢21cm谱线(信号产生时,频率约为1420MHz,经过红移,频率大约在15-200MHz范围,部分信号会受到电离层的影响),太阳爆发所发出的辐射,以及太阳系内的一些大行星的射电辐射,都存在或部分存在于低频射电频段。所以在低频射电频段进行观测,有助于对宇宙再电离时期、对太阳以及系内大行星进行深入的研究。
为了在低频射电频段进行观测,射电天文学家们开始寻找合适的观测方式。
如果3-30MHz的信号的能量是“100%被电离层反射”的话,那么解决这个问题的方案就很简单了(就是成本比较高),我们只需要把低频无线电信号观测设备发射到大气层外,在近地轨道上工作,它就只能收到来自宇宙的无线电信号了。
但现实远没有这么理想,部分3-30MHz的信号仍能穿过电离层。所以,实际当观测设备在大气层外运行时,会收到两部分信号:第一部分,是没有受到地球电离层影响的、来自宇宙的无线电信号;第二部分,则是来自地球,并部分穿过电离层的无线电干扰信号。
于是,就出现了尴尬的场面:
在地表上的观测设备几乎收不到来自宇宙的低频射电信号,但在近地轨道上的观测设备却会收到来自地球的干扰信号。
射电天文学家们恨不得用一个巨大的屏障,挡在观测设备与地球之间……
月球——现成的防范利器
由于潮汐锁定的存在,月球的自转周期与它围绕地球的公转周期一致,这使得月亮总是以同一面朝向地球。这样一来,放置在月球背面的设备,不会随着月球的自转而在某个时间段内朝向地球。