科学家发起在月球上建立引力波天文台计划，探测范围覆盖可探测宇宙的70%

探测引力波是一件棘手的事情——这些时空结构中的涟漪经常被地震、交通和其他人类活动产生的背景振动所淹没。现在，天体物理学家提出了一个更安静的新地点——月球。

范德比尔特大学的天体物理学家Karan Jani和哈佛大学的Avi Loeb领导了一系列研究，首次提出了在月球表面建立引力波基础设施的设想。

这个实验被称为“宇宙学引力波月球观测站”（Gravitational-Wave Lunar Observatory for Cosmology，GLOC），利用月球的环境和地心轨道来分析黑洞、神经元恒星和暗物质候选体等，这些合并物占整个宇宙可观测体积的近70%。据悉，此引力波探测器可以探测0.1～5Hz的引力波。

月球表面自然有一些在地球上很难复制的优势特性：设施几乎完全没有环境干扰。首先，那里还没有人类活动，即使未来的载人任务增加，那里仍然有足够的空间来建立一个远离喧嚣的地方。

自然干扰也少得多。月球上的地震要比地球上的地震弱得多，频率也低得多，而且月球上的地震处于真空状态，这意味着这些实验不需要像地球上那样在真空管中进行。

重要的是，这些因素意味着GLOC可能比任何地球上的探测器都要灵敏得多。研究人员表示，这样的月球设施有可能从可观测宇宙的70%范围内接收引力波，并探测到地球上的设施几乎无法听到的频率范围。

“通过研究月球上的自然条件，我们证明了最具挑战性的引力波频谱之一可以从月球表面更好地测量，到目前为止，这在地球或太空中似乎是不可能的。”

这项工作正值美国国家航空航天局恢复其阿尔特弥斯计划之际，该计划的目标是最早在2024年将首位女性和下一位男性送上月球。包括SpaceX和BlueOrigin在内的航天公司正在进行的商业工作，也为在月球表面规划雄心勃勃的科学基础设施增加了动力。

Karan Jani表示，在未来几年，他们希望在月球上开展探路者任务，以测试GLOC的技术。“与只持续几年的太空任务不同，GLOC的巨大投资收益是它在月球上建立了一个永久基地，从那里我们可以研究几代人的宇宙，几乎是整个本世纪。”

将建筑材料和科学仪器送上月球首先是一个额外的挑战，但最近人们重新关注这类任务。目前，该天文台仍然是理论上的概念设想，不过研究人员已经得到了国际引力波团体的强力支持与资助。

这项研究发表在《宇宙学和天体粒子物理学杂志》（ the Journal of Cosmology and Astroparticle Physics）上，题为“Gravitational-wave Lunar Observatory for Cosmology”。

译/前瞻经济学人APP资讯组

参考来源：https://news.vanderbilt.edu/2021/07/21/research-snapshot-astrophysicist-outlines-ambitious-plans-for-the-first-gravitational-wave-observatory-on-the-moon/

https://newatlas.com/physics/moon-gravitational-wave-detector/

论文链接：https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1475-7516/2021/06/044