什么样的望远镜能让我们看到宇宙第一颗恒星的光？_风闻

翻译：田程偲

校对：牧夫校对组

编排：陶邦惠

后台：库特莉亚芙卡 李子琦

原文链接：

https://www.universetoday.com/146888/what-telescope-will-be-needed-to-see-the-first-stars-in-the-universe-the-ultimately-large-telescope/ 

宇宙中最古老的恒星隐藏在黑暗中。严重的红移现象使它们很难被观测到。我们对它们是如此好奇，但就连预计明年发射的最强望远镜——詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）也无法看到那么遥远的宇宙。想要一探宇宙深处初代恒星的奥秘，我们需要一个更大的望远镜——终极大望远镜（ULT）。

初代恒星艺术想象图

Credit: Public Domain

目前ULT还只是一个概念。现有的詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）无疑能向我们展示许多有关早期宇宙的信息，但我们仍希望将来能拥有更强大的望远镜。

无限的好奇心驱使着我们建造ULT。我们想更多地了解宇宙早期以及生活在那里的恒星。Anna Schauer等作者在一篇名为“ULT——我们需要什么样的设施来探测星族III恒星（Population III stars）？”的论文中描述了ULT的概念、必要性以及其工作原理。该论文可在arxiv.org网站上找到(https://arxiv.org/abs/2007.02946)。

红外望远镜可以看到遥远的过去。例如詹姆斯·韦伯（James Webb）通过近红外（NIR）观测可以看到初代星系发出的红移光。但是它无法再进一步看到当宇宙还没有星系只有恒星时发出的光。因此，我们需要ULT。由于第一批恒星几乎不含金属元素，它们的形成和演化与一般恒星不太相同。研究人员认为它们比后代恒星更庞大，质量是太阳的数百倍。

位于美国休斯顿太空中心的詹姆斯·韦伯望远镜

Credit: NASA/JSC

用JWST寻找初代恒星有很大的局限性，作者表示：“即使有了新的‘JWST’，第一代恒星对于我们仍遥不可及，因为它们诞生于小型迷你晕中，因其发出的光太微弱，即使是最长的曝光时间也无法检测到。”

因此，人们提出了ULT这一概念。ULT需要安装直径100米的反射镜。考虑到目前在建的最大光学望远镜——欧洲极大望远镜（EELT）镜面直径也只有39.3米，100米的ULT无疑是非常巨大的。EELT已经达到了我们的工程极限，因此短时间内，建造ULT是不现实的，但是论文作者表示：“虽然目前看来100 米挑战性很大，但30年后出现成熟的技术是可能的。”

巨大的镜面并不是ULT唯一特点，在作者看来，这个庞然大物将被安置在月球之上。月球是ULT唯一真正可行的位置。它不可能像JWST一样被发射到太空中并停留在环拉格朗日点轨道上。它也不适合建立在地球上，因为地球上的大气层会干扰观测。

来自NASA“月球侦察轨道器”的新交互式像素图覆盖了北纬60至90度的月球北极，分辨率为每个像素6-1 / 2英尺（2米）。

Credit: NASA/GSFC/Arizona State University

作者设想ULT落座于地势平坦的月球南北极，始终指向天顶，并且建设在永久有阴影的月球陨石坑内，但即使这样仍需要将其低温冷却。早期关于月球镜的想法是液体镜，但新论文没有提及它。

它的目标区域将受到月球进动的限制，并且曝光可能需要长达几天的时间。通过添加某种类型的追踪工具（例如移动的主要对焦平台）或许可以延长曝光时间。

因为目前尚无建造这种望远镜的计划，所以本文并没有涉及很多技术细节。如果将来某一天ULT真的被制造出来了（我们对此很有信心），它在月球上应该不会太过于孤单。实际上，对于某些类型的望远镜，尤其是射电望远镜，月球才是理想的位置。

美国国家航空航天局（NASA）最近宣布资助一项研究月球远端的射电望远镜工作，临时命名为“月球环形山射电望远镜（LCRT）”，顾名思义，它将建设在合适环形山的陨石坑内。

LCRT设想图 

Credit: Saptarshi Bandyopadhyay

关于月球望远镜的想法可以追溯到阿波罗时代。1972年4月21日，“阿波罗16号”在月球上着陆时，它携带的紫外线望远镜拍摄了178张宇宙图像。

“阿波罗16号”宇航员John Young在真空中敬礼，紫外线望远镜在它身后着陆器的阴影里。

Credit: By NASA Charles M. Duke Jr. – Great Images in NASA Description, Public Domain

中国近期把望远镜送往了月球。2013年， “嫦娥三号”着陆器搭载遥控望远镜登月。2019年，“嫦娥四号”着陆器再次将小型射电望远镜带到了月球。

尽管这些小型望远镜很有趣，并且“阿波罗16号”望远镜是太空历史中一个重要部分，但ULT与它们并不在同一讨论范畴内。

若有朝一日直径100米主镜的ULT真的得以实现，那将是人类历史中最辉煌的工程成就之一，它将帮助我们窥探宇宙最深处初代恒星的秘密。

『天文时刻』 牧夫出品

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