月球第谷環形山的細節被揭示:強大的新雷達技術將揭示太陽系的秘密

美國國家科學基金會(NSF)的綠岸天文台(GBO)和美國國家射電天文台(NRAO)以及雷神情報與航天公司(RI&S)發布了一張新的高分辨率月球圖像,這是使用綠岸射電天文望遠鏡(GBT)上的新雷達技術從地面拍攝的最高圖像。

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新的第谷環形山圖像的分辨率接近5米,包含大約14億像素。該圖像覆蓋了200公里×175公里的區域,確保參與的科學家和工程師捕捉到整個環形山,其直徑為86公里。美國國家射電天文台台長Tony Beasley博士說:”這是迄今為止我們在雷神公司合作夥伴的幫助下製作的最大合成孔徑雷達圖像。雖然前面還有更多的工作要做,以改進這些圖像,但我們很高興與公眾分享這一令人難以置信的圖像,並期待着在不久的將來分享這個項目的更多圖像。”

GBT–世界上最大的完全可轉向的射電望遠鏡–在2020年底裝備了由雷神情報與空間公司和GBO開發的新技術,使其能夠向太空發射雷達信號。使用GBT和來自超長基線陣列(VLBA)的天線,自那時起已經進行了幾次測試,重點是月球表面,包括第谷環形山和NASA阿波羅登陸點。

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這種低功率的雷達信號是如何轉化為我們可以看到的圖像的?GBO的工程師Galen Watts解釋說:“它是通過一個叫做合成孔徑雷達,或SAR的過程完成的。當每個脈衝由GBT發射時,它被目標反射,在這種情況下是月球的表面,然後被接收和儲存。存儲的脈衝被相互比較和分析,以產生一個圖像。當我們在太空中移動時,發射器、目標和接收器都在不斷移動。雖然你可能認為這可能使產生圖像更加困難,但它實際上產生了更重要的數據。”

這種運動導致雷達脈衝與脈衝之間的微小差異。這些差異被檢查並用於計算比靜止觀測所能達到的更高的圖像分辨率,以及提高與目標的距離、目標向接收器移動或遠離接收器的速度,以及目標如何在視場中移動的分辨率。“像這樣的雷達數據以前從未在這種距離或分辨率下記錄過,”Watts說。“以前在幾百公里的距離上也做過,但沒有在這個項目的幾十萬公里的規模上做過,也沒有在這些距離上以一米左右的高分辨率做過。這一切都需要大量的計算時間。十多年前,從一個接收器得到一個圖像需要幾個月的計算時間,而從一個以上的接收器得到一個圖像可能需要一年或更長時間。”

這些有希望的早期結果為該項目贏得了科學界的支持,並且在9月底該合作項目從美國國家科學基金會獲得了450萬美元的資金,用於設計該項目可以擴展的方式(中等規模研究基礎設施-1設計獎AST-2131866)。 “在這些設計之後,如果我們能夠吸引全部資金支持,我們將能夠建立一個比目前的系統強大數百倍的系統,並利用它來探索太陽系,”Beasley說。“這樣一個新系統將為我們打開一扇通往宇宙的窗口,使我們能夠以一種全新的方式看到我們鄰近的行星和天體。”

西弗吉尼亞州有着悠久的設施歷史,為擴大人們對宇宙的科學知識做出了重大貢獻。西弗吉尼亞州參議員 Joe Manchin III 分享說:“利用綠岸射電天文望遠鏡上的雷達技術發現的月球上的第谷環形山的新圖像和細節表明,科學上令人難以置信的進步就在西弗吉尼亞州這裡取得。二十多年來,GBT已經幫助研究人員探索和更好地了解宇宙。通過我在商業、司法和科學撥款小組委員會的席位,我一直強烈支持GBT的這些技術進步,這將使GBT現在能夠向太空傳輸雷達信號,並確保其在未來數年的天文學研究中發揮關鍵作用。我期待着看到更多令人難以置信的圖像和未來對我們太陽系的發現,我將繼續與國家科學基金會合作,倡導為綠岸天文台的項目提供資金支持。”

這項技術已經醞釀多年,是NRAO、GBO和RI&S之間合作研究和開發協議的一部分。未來的高功率雷達系統與GBT的天空覆蓋相結合,將以前所未有的細節和靈敏度對太陽系的天體進行成像。

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