导读 事实证明，地面干涉测量法是一种成功的科学研究方法，它可以将来自多台望远镜的光线组合成一台大型望远镜。但月球上的紫外线(UV)/光学干涉...

事实证明，地面干涉测量法是一种成功的科学研究方法，它可以将来自多台望远镜的光线组合成一台大型望远镜。但月球上的紫外线(UV)/光学干涉望远镜如何提供增强的科学研究?阿尔特弥斯任务能否帮助实现这一目标?

这是最近提交给SPIE天文望远镜+仪器2024会议的一项研究希望解决的问题，因为一组研究人员提出了支持Artemis的恒星成像仪(AeSI)，顾名思义，它有可能通过NASA即将进行的Artemis任务运送到月球表面。这项研究发表在arXiv预印本服务器上。

该提案最近被美国宇航局创新先进概念(NIAC)计划接受为第一阶段研究，并有可能开发出革命性的极高角分辨率方式在其他行星上进行科学研究，同时也为其他任务做出贡献。

在这里，UniverseToday与美国宇航局戈达德太空飞行中心的天体物理学家兼美国国家科学基金会项目主任GioiaRau博士讨论了这项令人难以置信的研究，讨论了这项研究背后的动机、这项工作的重要收获、第一阶段之后的下一步行动、关于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宜居性的理解。那么，这项研究背后的动机是什么?

劳博士告诉《今日宇宙》：“这项研究的动机是评估我们是否可以与人类的阿尔忒弥斯计划合作，在月球表面建造和运行一个大型稀疏孔径天文台(干涉仪)，并确定它是否具有与之前开发的自由飞行器选项的竞争力。

“最终目标是能够以超高清的紫外线和可见光波长研究我们的宇宙，其角分辨率约为HST的200倍!由于大气层覆盖，从地球表面无法进行紫外线观测，即使在可见光中，地球大气层也限制了地面干涉仪可获得的最终分辨率。”

在这项研究中，研究人员基于长期以来的提案，将紫外线/光学干涉仪放入太空，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器，研究人员将其称为“自由飞行器”。

对于AeSI，研究人员提议使用通过美国宇航局的阿尔忒弥斯计划带到月球的基础设施建造一个月球干涉仪，目的是提供有关系外行星系统的先进科学，包括恒星表面、内部、磁场、太空天气和系外行星的宜居性。

为了实现这一目标，AeSI将由位于月球南极附近的1公里基线紫外/光学成像干涉仪组成，该区域是Artemis计划(特别是ArtemisIII)的着陆区域。

除了增强科学性之外，该团队还宣传了该项目的可扩展性，指出它可能多达30个或更多元素，可用作单个干涉仪。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、活动以及使用机器人助手作为施工辅助支持。那么，这项研究最重要的收获是什么呢?

Rau博士表示：“这项研究最重要的结论是该项目是可行的，表明我们的PIKennethCarpenter博士(NASA/戈达德太空飞行中心)的远见卓识是可以实现的。这项研究为进一步的研究和技术开发提供了重要建议，这对于推进该项目、解决任何技术挑战和进一步的技术开发至关重要。”

如上所述，AeSI已获准通过NASA的创新先进概念(NIAC)计划进行第一阶段研究(成功率不到4%!)，NIAC自1998年以来已成功帮助推动航空航天工业的技术进步，其原名是NASA先进概念研究所，直至2007年关闭。

仅仅两年后，国会就要求美国国家科学院审查关闭该项目的原因，并提出了建议，最终于2011年启动了当前的NIAC计划。

自那时起，NIAC为纳米卫星、行星探索、系外行星光谱学、天体物理学、宇宙学、太阳科学、人类太空探索等诸多领域做出了技术贡献。这些提案分为三个阶段，每个阶段都会增加项目的资金和时间。因此，鉴于AeSI是一项第一阶段的研究，如果获得批准，下一步该怎么做?

艺术家描绘的月球表面六台干涉仪组合起来模拟一台巨型干涉仪的场景。来源：图3/Rua等人(2024年)

Rau博士表示：“下一步将寻求NIAC的第二阶段支持以及探索额外的资金和资源。第二阶段将专注于进一步开发和完善我们在第一阶段进行的最初9个月的研究。

“我们相信，我们的远见卓识的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，因此我们真诚希望获得进一步的支持......”

关于AeSI的长期目标，Rau博士表示：“在月球表面安装干涉仪存在多重限制，特别是光学和紫外线限制!我们将在NIAC第一阶段研究的最终报告中对此进行更详细的描述，该报告将公开，并于明年初发布。

“我们目前计划从第一阶段开始，第一阶段由15辆巡视器组成，采用椭圆形阵列配置，主轴长1公里。天文台将在后期发展为由约30辆巡视器组成的阵列，并配备增强型轮毂，以整合来自更多巡视器(镜站)的光束，并将为遥远的类太阳恒星、活动星系核(AGN)、系外行星、低温演化恒星等天体提供极高的角度分辨率。”

如上所述，随着对恒星进行的增强科学研究，AeSI的科学目标之一还将是确定系外行星的宜居性，目前NASA已证实银河系内存在5,700多颗系外行星。

其中，目前有近70个被指定位于其母星的“宜居带”，其中29个可能是陆地(岩石)世界，其余41个可能是“水世界”或迷你海王星。

这些可能适宜居住的行星被发现在宜居带内和宜居带外运行，有些行星在一次公转过程中既在宜居带内又在宜居带外运行。因此，AeSI如何推进我们对系外行星宜居性的理解?

Rau博士表示：“AeSI将提供对遥远系外行星系统中母恒星特征的更深入了解。通过更彻底地分析这些恒星，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，这可能会显著影响这些系外行星上生命的可能性。”

当美国宇航局准备通过阿尔忒弥斯计划自1972年以来首次将人类送上月球时，值得注意的是，利用阿尔忒弥斯建立的基础设施可以完成令人难以置信的科学研究。

因此，由于地面干涉测量技术是一项长期建立并取得成功的科学领域，有助于更好地理解射电天文学、太阳物理学、星云、星系和系外行星，AeSI提供了一个独特的机会来进行革命性的科学研究，在其他行星体上拍摄具有有史以来最高角分辨率的遥远恒星图像，同时测试新技术。

劳博士最后说道：“AeSI将提供首个紫外线(UV)宇宙超高角分辨率视图。这对于天体物理学的许多方面来说都是一个巨大的飞跃，从了解恒星的磁活动及其对周围行星的影响，到对系外行星、太空天气、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开辟天体物理学的新领域，为宇宙中最有活力和最神秘的组成部分提供更丰富、更详细的图像。”