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  從上世紀七十年代末期開始,多個國家先后發射了數十顆專門用于測量太陽和地球輻射的人造地球衛星。然而,人造地球衛星存在一些不足,重要原因在于其對地觀測視角有限,而且不是長期穩定的觀測平臺,難以對地球進行長周期大尺度的連續觀測。

  因此,有必要從一個全新的角度和途徑來精確觀測地面—大氣系統輻射能量收支,進而探究全球氣候變化機理。為進一步提升對地觀測能力,遙感領域著名學者郭華東院士曾提出構建月基對地觀測平臺,利用傳感器組對地球的宏觀現象進行監測的構想。

  作為地球唯一的自然衛星,月球的自轉被地球潮汐鎖定,正面永遠朝向地球,在月球正面設置對地球的觀測裝置,可以簡化探測器的指向跟蹤模式,連續同步得到半個地球的熱環境遙感及其時間變化信息!霸旅鎸Φ赜^測具備長期一致性、整體性、穩定性以及唯一性這幾大優勢,有望成為一個獨特的對地觀測平臺!逼絼潘芍赋。

  此外,在空間天氣與環境的科學研究和監測方面,比較典型的需求是使用極紫外波段的傳感器,精細監測地球等離子體層和磁層結構特征,監測地球兩極和電離層上部爆發輻射的千米波長電磁波和高層大氣雷電環境,以及在不同月像狀況下監測這些等離子體層結構、爆發輻射與太陽風和地球磁鞘層之間的耦合關系。

  借力月面裝置 探測低頻引力波

  自上世紀六十年代起,人類先后在月面設置了5個激光反射鏡。天文學家可以在地球上向設置在月面的激光反射鏡發射激光,并捕捉反射回來的光束,進行激光測距實驗,對地月系統動力學演化展開研究。

  “這一研究持續了數十年。在地月之間38萬公里的距離上,目前距離測量精度達到了2—3厘米,速度測量精度達到了20微米/秒!逼絼潘山榻B,該研究發現月球每年以3.5厘米左右的速度遠離地球,最早在空間領域驗證了廣義相對論引力延遲效應。

  有學者提出,未來借助在月面設置高性能原子鐘、微波轉發裝置、多普勒測速儀、相位距離測量裝置等,有希望在地月空間的微波或激光鏈路上開展空間低頻引力波的探索。

  同時,借助在月面設置時間頻率基準裝置,可以更有效地通過地月鏈路獲得地球和月球轉動異常信息,揭示導致轉動異常的星球內部物質及其動力學分布特性。

  此外,結合繞月衛星、地球軌道衛星和地月激光測距,科學家認為,將有機會檢測地月空間和繞太陽飛行軌道上是否存在可被感知質量的暗物質。

  搭建月球基地 面臨諸多挑戰

  借助空間平臺開展低頻引力波探測,假設測量精度相同,在更長的距離和質量更大的天體周圍會獲得更加靈敏的探測能力。如果在地火、地木、地土距離上開展高精度微波測量,會比在地月距離上開展引力理論的驗證更有利。

  “但從可及性、成本和天然條件等因素綜合考慮,和其他天體相比,在月球上搭建科學設施,開展科學探測的可能性最大!逼絼潘烧J為。其中,對設備規模要求不高的月面探測研究,如地月動力學、對地空間天氣遙感、月球背面單元低頻射電天文觀測等,已經具備了一定的技術條件,實現相應科學研究目標的技術可行性相對較高。

  然而,對于那些需要依靠大規模設備開展的月面探測,無論是依托無人基地還是有人基地,技術上仍存在許多瓶頸。包括搭建高能物理裝置、月背低頻射電天文巨型陣列、月基對地遙感觀測等,都必須建立在對月球成熟開發的基礎上,具備形成月球基地的條件后才有可能實施。

  “可以看出,月球基地本身的建設技術,實際上構成了在月球上開展相關科學探索最大的技術瓶頸!逼絼潘芍赋。

【編輯:于曉】
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