如果一切顺利的话,2019年1月3日,一个机器人着陆器和漫游者嫦娥四号任务)由中国国家航天局(CNSA)将在月球背面着陆。精确的位置,冯卡曼陨石坑,坐落在更大的火山内部艾特肯盆地在月球的南极区,是一个非常有趣的地点——无论是在科学上,还是在探索和开发自然资源方面。

但是,你如何与一个从地球上看不见的,藏在月球表面的着陆器和漫游者沟通呢?既然月球没有通信卫星网络,你就得带上自己的卫星。或者更确切地说,以嫦娥四号任务为例,你要提前思考,提前数月发射专用无线电接力。

月球不像地球那样有一个非常方便的地球同步轨道或静止轨道。事实上,如果你把一颗轨道周期等于农历日(27.3地球日)的卫星放在月球表面88000公里以上的地方,它位于月球的“山丘半径”之外,或者由于地球和太阳的引力潮汐力而有任何稳定轨道的区域。把一个物体放在那里,它不会停留太久。

但是月球确实有一个拉格朗日2点。或者更准确地说,地月系统有一个L2点,位于月球远侧约64500公里处,沿着连接行星和月球的直线。这是一个位置,旋转的地月系统的向心力平衡了两个天体的引力。换句话说,你可以潜伏在这一点(在一个所谓晕轨道)几乎不费吹灰之力,保持在月球远侧上方的位置,但距离月球远,足以与地球通信。

早在2018年5月,中国航天局就发射了一颗中继卫星,名为“鹊桥”民间故事)到地月L2点,在那里它可以使用4.2米的抛物面天线向远端提供必要的通信。

但这不是奎桥唯一要做的事。与之同行的是一项名为“荷兰-中国低频探索者”(NCLE)的实验,与Radboud无线电实验室合作建造,ASTRON(荷兰射电天文学研究所)和伊斯兰国. 这个实验由三个5米长的天线组成,这些天线将在嫦娥4号着陆器和火星车执行其主要任务后展开。

这些天线被设计用来探测低于80兆赫的无线电频率,一直到80千赫。低于30兆赫的频率基本上被地球的电离层所阻挡,所以如果在这些波段有任何宇宙源,你必须从太空中聆听它们。

而最诱人、最有希望的宇宙来源之一就是早期宇宙中的氢气。氢原子能以1420.4兆赫(或21厘米波长)的频率发射光子——这是一种非常特殊的信号。这种辐射有助于射电天文学家在附近的宇宙中寻找氢原子——这是我们发现星系结构和旋转的方法之一。但是,如果我们推到越来越远的物体,发射就像宇宙中所有其他电磁辐射一样,会因宇宙膨胀而红移。

当我们得到存在于大爆炸后大约37.7万年到大爆炸后大约1000万年之间的物质——宇宙的黑暗时代'氢发射的光子到达我们的时候,频率会红移10到1000倍。这就把它们放在了NCLE实验设计用来探测的波段上。

这是射电频谱中用于天文学的一个棘手的部分。例如,地球电离层的活动仍然会阻碍我们的发展,我们需要知道有多少才能减轻这种干扰。一个很好的测量方法是把月球放在我们和探测器之间,挡住地球的大部分噪音。

我们希望,在Queqiao上进行的NCLE实验将成为未来更雄心勃勃项目的开拓者。有朝一日,我们可能会有天基射电望远镜捕捉到宇宙黑暗时代的低语;大爆炸的风暴和星星的到来之间的平静。奇怪的是,我们要感谢月球的远侧。

学分:美国宇航局,阿波罗16号