1月3日，嫦娥四號探測器在月球背麵成功著陸。著陸器拍回了照片，玉兔二號月球車也下地撒歡，留下了一串腳印。安好家以後，它們(men) 就要開始工作，開展各項科學探測了。

　　其中，著陸器上低頻射電探測儀(yi) 的三根5米天線已展開到位。

　　“月球背麵的電磁環境非常幹淨，在那裏開展低頻射電探測是全世界天文學家夢寐以求的事情，將填補低頻射電觀測的空白。”國家空間科學中心副主任、月球與(yu) 深空探測總體(ti) 部主任鄒永廖說。

　　尋找“幹淨”的觀測環境 月球背麵成絕佳地點

　　“電磁波譜的任何一個(ge) 波段背後，都有天體(ti) 的物理現象和機理。”中科院國家天文台研究員、嫦娥四號月球低頻射電探測儀(yi) 中方首席專(zhuan) 家平勁鬆告訴科技日報記者，“隻要能感知到，就可以尋找它們(men) 的規律。”

　　1930年代，美國貝爾實驗室工程師卡爾·央斯基在短波高頻波段偶然收到來自地球之外的天體(ti) 輻射，開啟了射電天文的大門。自此，電磁波成為(wei) 了天文學家觀測天體(ti) 輻射的核心手段之一。

　　之所以迄今為(wei) 止人類仍然使用短波和中波進行通信，歸功於(yu) 地球空間存在的比較濃密的電離層，能反射這些波段的人造電磁波，使得電磁波無法逃出地球範圍。但與(yu) 此同時，來自地球以外低於(yu) 10兆赫茲(zi) 的電磁輻射，也無法透過地球電離層到達地麵。可以說，這個(ge) 波段的天文觀測窗口被地球電離層“屏蔽”了。因而地麵射電天文觀測都是在更高的頻段開展。

　　既然在地球上無法開展低頻射電探測，天文學家決(jue) 定在太空尋找解決(jue) 途徑。上世紀90年代，來自中國、荷蘭(lan) 等國的射電天文學家開始進行相關(guan) 論證。然而，他們(men) 遇到了新的問題。

　　“地球附近的人造天體(ti) 太多了。”平勁鬆表示，這些衛星以及各類航天器，都在發射人造電磁波，大量存在的人工信號會(hui) 對觀測形成幹擾。“離地球越遠越好。”他說，但即使把觀測設備架設到月球上，如果麵向地球，仍然避不開地球衛星低頻無線電輻射的噪聲。

　　要突破地球電離層的屏蔽、躲開衛星的信號，還要遮擋來自太陽的輻射，經過種種約束的篩選，月球背麵成為(wei) 了滿足條件、技術可及的最佳選擇。

　　從(cong) 阿波羅時代開始，科學家就設想把低頻射電設備放到月球背麵去探測，美國、日本等國都提出過建議，歐空局甚至製定過詳細的計劃，但最終均未實現。原因很簡單，各國都沒有在月球背麵著陸的探測器，怎麽(me) 把設備放上去？

　　因此，甚低頻頻段一直是射電天文領域從(cong) 未被開墾過的處女地。直到嫦娥四號任務實施，為(wei) 此項研究提供了絕佳的起步機會(hui) 。

　　消除噪聲幹擾 “卡拉OK技術”來幫忙

　　嫦娥四號任務中的低頻射電探測計劃，由中國和荷蘭(lan) 共同開展。科技日報記者了解到，荷蘭(lan) 在射電天文領域，尤其是低頻觀測上，堪稱國際上技術最先進的國家之一。

　　2015年10月，荷蘭(lan) 航天局局長訪問中國國家航天局，雙方敲定了探索與(yu) 和平利用外層空間諒解備忘錄。在此框架下，低頻射電合作項目被兩(liang) 國納入嫦娥四號工程。中科院國家天文台負責協調與(yu) 荷

　　方月球低頻射電載荷工作事宜。

　　合作項目中，雙方研製了兩(liang) 台低頻射電探測儀(yi) 。平勁鬆介紹說，兩(liang) 台載荷的概念設計由中方提出，中荷各研製一台，主要功能基本相當，中方載荷搭載於(yu) 嫦娥四號著陸器，荷方載荷搭載在2018年5月發射的鵲橋號中繼衛星上。在工作模式上，中國載荷通過太陽能供電，當嫦娥四號著陸區是白天時開展工作；入夜後，中繼星上的荷方載荷進行工作。在探測目標上，荷方載荷可以探測地球兩(liang) 極的射電爆發，中方載荷可以屏蔽地球與(yu) 太陽的影響，探測更遠的目標。

　　不過該項目也麵臨(lin) 許多技術挑戰，噪聲仍是其中之一。雖然月球背麵非常“清淨”，嫦娥四號本身帶來的幹擾卻不容忽視。平勁鬆說，鵲橋中繼星是全新研製的衛星，在研發時就對衛星平台噪聲采取了抑製措施，對載荷也有降噪處理。相比之下，作為(wei) 嫦娥三號備份的嫦娥四號，畢竟是以探月為(wei) 主業(ye) ，並沒有做相關(guan) 處理。

　　對此，載荷研製團隊想出了其他辦法。

　　許多音樂(le) 發燒友都知道，在原聲音樂(le) 大碟裏，不同音色都有各自的音軌，通過技術手段可以對音軌進行編輯。比如，把一首歌裏的人聲去掉，就能把它作為(wei) 卡拉OK的伴奏。

　　科研人員借助類似原理，除了在嫦娥四號低頻射電探測儀(yi) 上安裝了三根長天線，還裝有一根短天線。電磁波輻射有近場、遠場之分。來自嫦娥四號的近場信號，長短天線都能接收，而宇宙天體(ti) 傳(chuan) 來的遠場信號，長天線可以清晰地收到，短天線卻有些“聽不清”。憑借長短天線接收信號的差別，科研人員就能把遠場信號和近場信號區分開來，再做“減法”。平勁鬆說：“雖然嫦娥四號會(hui) 帶來幹擾，但我們(men) 可以把這些幹擾剔除掉，隻留下想要的東(dong) 西。”

　　探路低頻射電觀測 每項發現都可能填補空白

　　平勁鬆介紹，作為(wei) 低頻射電觀測的“探路者”，嫦娥四號工程中的兩(liang) 台低頻射電探測儀(yi) 都采用了長壽命設計，在嫦娥四號任務期滿結束後，很可能會(hui) 繼續工作數年，獲得更多觀測機會(hui) 。

　　隨著射電天文學的最後一扇窗逐漸開啟，“探路者”的每一項發現都有可能填補空白，這讓科學家們(men) 充滿期待。

　　平勁鬆說，比如太陽爆發時波段很寬，從(cong) 上百億(yi) 赫茲(zi) 到幾百兆赫茲(zi) ，直至很低的頻率。落到低頻時，相當於(yu) 是從(cong) 離太陽很遠的地方發射出來。這樣的爆發過去從(cong) 未觀測到，但今後隻要遇上，就能觀測並且追蹤它發生的整個(ge) 過程，這對研究日地空間的天氣效應，構建模型預報太陽災害事件等有很大幫助。

　　同時，嫦娥四號低頻射電探測儀(yi) 還能借助對太陽爆發的觀測，探測月球的電離層環境。平勁鬆說，如果月球還有電離層，它也會(hui) 像地球電離層一樣阻擋電磁信號，但阻擋的頻率更低。因為(wei) 太陽的爆發是連續的，我們(men) 可以計算出哪一段輻射頻率被阻擋，以此推算月球電離層的密度特性。

　　搭載於(yu) 鵲橋中繼星上的低頻射電探測儀(yi) ，將與(yu) 嫦娥四號低頻射電探測儀(yi) 協同觀測。由於(yu) 處在地月拉格朗日L2點，中繼星上的探測儀(yi) 可以探測研究太陽低頻射電特征和地月空間低頻射電環境；連續監測地球千米波輻射爆發，探究其帶來的空間擾動。還有望在行星際激波、日冕物質拋射和高能電子束的產(chan) 生機理等方麵取得原創性成果。

　　除了觀測太陽、地球、月球，低頻射電探測儀(yi) 還有望觀測到銀河係中普遍存在的宇宙線電子，揭示宇宙線的起源與(yu) 傳(chuan) 播過程，同時探測銀河係電離氣體(ti) 雲(yun) 的分布。在銀河係之外，射電星係的輻射往往來自中心大質量黑洞活動時產(chan) 生的噴流。這些噴流逐漸冷卻，其輻射頻率也逐漸降低，因此低頻觀測還可能看到更古老的噴流，從(cong) 而加深對黑洞活動的認識。

　　更激動人心的可能性，是用低頻射電探測儀(yi) 觀測探索宇宙大爆炸結束後的黑暗時代，以及此後第一代恒星形成時的宇宙黎明。此前，美國EDGES實驗在78兆赫茲(zi) 頻段發現了一個(ge) 相當強的吸收譜，這有可能是宇宙黎明產(chan) 生的，但與(yu) 標準理論模型相差很大，因此引起很大爭(zheng) 議。如果能在純淨的電磁環境中進行這種觀測，將有助於(yu) 提升實驗的精度。