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原文鏈接：https://www.universetoday.com/articles/radio-telescopes-on-the-moon-could-let-us-observe-dozens-of-black-hole-shadows
編譯：齊岳
校對：牧夫天文校對組
后期：王啟儒
責(zé)任編輯：王啟儒
這幅概念圖描繪了一座位于月球背面隕石坑中的射電望遠(yuǎn)鏡。Vladimir Vustyansky / NASA
Credit：Vladimir Vustyansky / NASA
目前為止，人類直接成像的超大質(zhì)量黑洞有兩個：M87*和人馬座A*。能取得這樣的圖像無疑是令人驚嘆的成就，但恐怕僅有這兩個黑洞能被直接成像了。除非，我們能在射電天文學(xué)方面更上一層樓。
射電天文學(xué)家想獲取一張高分辨率的圖像是十分困難的。與可見光納米量級的波長相比，無線電波的波長可達(dá)毫米級別，甚至更長。由于射電望遠(yuǎn)鏡的分辨率取決于口徑與波長之比，望遠(yuǎn)鏡必須建造得非常大；拋物面口徑差不多10千米的射電望遠(yuǎn)鏡，分辨率只能與一臺大型光學(xué)望遠(yuǎn)鏡相當(dāng)。正因如此，人們轉(zhuǎn)而建設(shè)射電望遠(yuǎn)鏡陣列，每一個成員望遠(yuǎn)鏡的口徑更小；利用干涉原理，這樣的陣列就相當(dāng)于一個口徑等于陣列長度的單體望遠(yuǎn)鏡。
M87*和人馬座A*的視大小都是大約40微角秒，堪比從地球看月球表面的一個棒球。為了觀測視大小如此之小的天體，天文學(xué)家們不得不建造一個地球那么大的“虛擬”望遠(yuǎn)鏡——當(dāng)然，這是以上文中陣列的方式實現(xiàn)的。成員望遠(yuǎn)鏡遍布全世界形成陣列，然而即使這樣，它——事件視界望遠(yuǎn)鏡（the Event Horizon Telescope, EHT）——的分辨率也只有20微角秒，部分導(dǎo)致那兩張黑洞的照片相當(dāng)模糊。對EHT的升級可讓分辨率達(dá)到10微角秒，但最多也就這樣了。
很不幸，M87*和人馬座A*是我們臨近的超大質(zhì)量黑洞中視大小最大的兩個了。而且M87*格外明亮，這降低了對其的觀測難度。我們想要觀測的黑洞還有數(shù)十個，它們都超出了EHT力所能及的范圍。所以，為什么不建一個更大的“虛擬”望遠(yuǎn)鏡呢？
發(fā)表在arXiv上的一篇文章中討論了這件事。在月球上架設(shè)一臺射電望遠(yuǎn)鏡的想法之前已經(jīng)被提出了多次。其核心想法是，望遠(yuǎn)鏡應(yīng)位于月球背面，以規(guī)避來自地球的射電噪聲，形成一個口徑等于地月間距的“虛擬”望遠(yuǎn)鏡。在這篇最新文章中，作者考慮了五個可能的架設(shè)地點：兩個在背向地球的一面，兩個在朝向地球的一面，還有一個在月球南極。多重地點的設(shè)置使天文學(xué)家在月球繞地球和太陽運(yùn)行而改變朝向時仍能持續(xù)觀測深空。
能用地月射電望遠(yuǎn)鏡陣列觀測的黑洞的視大小與亮度對比圖。
Credit：Zhao, et al.
這個地月陣列望遠(yuǎn)鏡的靈敏度會取決于其整體上有多大，但假設(shè)其靈敏度與目前地基天文臺相當(dāng)?shù)脑挘懿荒芎芎玫乜吹狡渌诙淳椭饕芟抻诜直媛柿恕＿@又取決于地球、月球與觀測目標(biāo)之間的位置關(guān)系。如果地月沿著觀測視線排列，那月球上的望遠(yuǎn)鏡單元就沒什么用了。但若觀測目標(biāo)的基線長度達(dá)到滿月半徑，則分辨率能做到小于1微角秒。
研究團(tuán)隊研究了地月系統(tǒng)相對臨近黑洞的方位關(guān)系，找出了包括仙女座星系的超大質(zhì)量黑洞到天鵝座A*（位于760光年外一個射電星系的中心）在內(nèi)將近30個可被觀測的黑洞。
想用上月球望遠(yuǎn)鏡還得數(shù)十年時間，大量的工程難題還未被克服。但正如此篇文章的研究表明，我們有必要直面這些挑戰(zhàn)。月球天文臺不僅能捕捉到一些暗弱的射電天體，還將以前所未有的細(xì)節(jié)展現(xiàn)黑洞周圍的光線。
參考：Zhao, Shan-Shan, et al. "Beyond Sgr A* and M87*: Sub-Microarcsecond Black Hole Shadow Detection via Lunar-based Extremely Long Baseline Interferometry." *arXiv preprint* arXiv:2601.02812 (2026).
——The End——
『天文濕刻』 牧夫出品
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