中国突破性探月任务迈出重要一步：中继星“鹊桥”成功发射

原文以Chinese satellite launch kicks off ambitious mission to Moon’s far side为标题

发布在2018年5月21日的《自然》新闻 上

原文作者：Davide Castelvecchi  

中继星“鹊桥”将成为未来月球着陆器的中继通讯站，并会开展两项射电天文学实验，探索早期宇宙。

日前，中国在突破性的探月任务中迈出了重要的第一步。5月21日，中继星“鹊桥”从西昌卫星发射中心发射升空，飞向月球背面，它将为嫦娥四号着陆器提供中继通讯。中国希望今年晚些时候，嫦娥四号能够成为首个在月球背面着陆的探测器。

5月21日，“鹊桥”中继星肩负两项射电天文学实验在西昌卫星发射中心升空。

Credit: AFP/Getty

由中科院设计并命名的中继星“鹊桥”还肩负着开展两项开创性的射电天文学实验的任务。两项任务都出于理论验证的目的，旨在测试一些被用于探索宇宙历史上所谓的黑暗时期的技术。黑暗时期指宇宙存在的最初几亿年的阶段，当时星系和恒星尚未形成，几乎不可能在地球上进行研究。但是，黑暗时期的辐射光谱或许能够揭示宇宙中普通物质相对于暗物质的分布情况。（在此阶段，物质像薄薄的冷雾，几乎均匀地分布在太空中。）

第一项实验是关于荷兰-中国低频探测器（NCLE）。NCLE搭载在“鹊桥”上，“鹊桥”将运行于地月拉格朗日L2点——地月平动点，距离月球约6万千米，可以追踪月球的绕地轨道（参见“月球背面卫星”）。NCLE实验将尝试利用相对安静的环境，探测来自太阳系、银河系及其之外频率在1兆赫到80兆赫之间的无线电波。这一频段的电波大部分被地球大气阻隔，但宇宙学家认为它们或许包含来自黑暗时期的信息。宇宙中第一批恒星（诞生于大爆炸2亿年之后）发出的信号，也就是所谓“宇宙黎明”的信号落在这一频段的高位，今年早些时候被首次探测到。其它一些实验正在尝试复制这些结果，而NCLE则在测试用于识别黑暗时期低频电波的技术。

Credit: National Astronomical Observatory of China/Chinese Academy of Sciences

从地球上看，至少有一部分“鹊桥”轨道将被月球遮掩住，这对NCLE来说是好事，因为它的天线可以进一步免受地球不断发出的无线电噪声的影响。但是，观测时间和数据发回地球的频带宽度将受到限制。该实验的科学带头人、荷兰奈梅亨大学射电天文学家Heino Falcke说，由于“鹊桥”主要是作为数据中继站存在（从它的名字可以看出这一点），所以并没有进行射电天文学上的优化。这意味着对于这个实验任务本身来说，要探测到黑暗时期的信号，不说是不可能，也会是非常困难的。尽管如此，科罗拉多大学博尔德分校的天体物理学家Jack Burns表示，NCLE“仍然是开拓性的，代表人类为研究宇宙黑暗时期和宇宙黎明迈出了重要的第一步”。Burns正在主持一个目标与之类似的NASA项目计划。

NCLE管理员、奈梅亨大学天文学家Marc Klein Wolt表示，为了防止损害“鹊桥”，任务控制中心将在嫦娥四号着陆器的任务完成之后，再部署NCLE的天线。NCLE可能会持续收集数据数年。

卫星分离

“鹊桥”的第二项实验包括两个较小的卫星：龙江一号和龙江二号。它们将从“鹊桥”分离，绕月飞行。两颗卫星由哈尔滨工业大学研制，将测试一种被称为甚长基线干涉测量（VLBI）的射电天文学技术。这种方法将结合多个无线电天线的数据生成图像，图像分辨率远远高于单碟天线可达到的水平。

Falcke等人长期以来一直在研究利用大型环月飞行器阵列——或在月球表面——进行VLBI的可能性，以绘制从黑暗时期和宇宙黎明的信号中映射出来的宇宙变化。Klein Wolt表示，他的团队可能会尝试将NCLE的数据与两个环月飞行器的数据结合起来，甚至结合嫦娥四号着陆器上的无线电天线的数据。

嫦娥四号是中国雄心勃勃的探月项目的又一步。中国探月项目的目标是在未来十年内建立月球基地，并于本世纪30年代开始进行人类开发。2013年，嫦娥三号成为自1976年以来首个在月球软着陆（相对于硬着陆）的飞行器，嫦娥四号原本是它的备份，将搭载月球车。现在，嫦娥四号的主要科学目标已变成研究月球背面的地质情况，月球背面比靠近我们的一面有更多坑坑洼洼。

嫦娥四号肩负多项实验任务，包括重庆大学开发的“月面微型生态圈”，该实验将测试在蚕卵孵化、幼虫生长并产生二氧化碳的过程中，马铃薯和拟南芥（Arabidopsis）的种子能否发芽并进行光合作用。另一个由德国科学家搭建的实验将测量未来登月的宇航员所面临的辐射。月球车将与嫦娥四号分离，在月球表面移动，它将携带多种仪器，包括由瑞典团队打造的太阳风探测器。ⓝ

Nature|doi: 10.1038/d41586-018-05231-9

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