遼寧
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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鏡。Vladimir Vustyansky / NASA
Credit：Vladimir Vustyansky / NASA
目前為止，人類直接成像的超大質量黑洞有兩個：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方面更上一層樓。
射電天文學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毫米級別，甚至更長。由于射電望遠鏡的分辨率取決于口徑與波長之比，望遠鏡必須建造得非常大；拋物面口徑差不多10千米的射電望遠鏡，分辨率只能與一臺大型光學望遠鏡相當。正因如此，人們轉而建設射電望遠鏡陣列，每一個成員望遠鏡的口徑更小；利用干涉原理，這樣的陣列就相當于一個口徑等于陣列長度的單體望遠鏡。
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，天文學家們不得不建造一個地球那么大的“虛擬”望遠鏡——當然，這是以上文中陣列的方式實現的。成員望遠鏡遍布全世界形成陣列，然而即使這樣，它——事件視界望遠鏡（the Event Horizon Telescope, EHT）——的分辨率也只有20微角秒，部分導致那兩張黑洞的照片相當模糊。對EHT的升級可讓分辨率達到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”望遠鏡呢？
發表在arXiv上的一篇文章中討論了這件事。在月球上架設一臺射電望遠鏡的想法之前已經被提出了多次。其核心想法是，望遠鏡應位于月球背面，以規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”望遠鏡。在這篇最新文章中，作者考慮了五個可能的架設地點：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。多重地點的設置使天文學家在月球繞地球和太陽運行而改變朝向時仍能持續觀測深空。
能用地月射電望遠鏡陣列觀測的黑洞的視大小與亮度對比圖。
Credit：Zhao, et al.
這個地月陣列望遠鏡的靈敏度會取決于其整體上有多大，但假設其靈敏度與目前地基天文臺相當的話，能不能很好地看到其他黑洞就主要受限于分辨率了。這又取決于地球、月球與觀測目標之間的位置關系。如果地月沿著觀測視線排列，那月球上的望遠鏡單元就沒什么用了。但若觀測目標的基線長度達到滿月半徑，則分辨率能做到小于1微角秒。
研究團隊研究了地月系統相對臨近黑洞的方位關系，找出了包括仙女座星系的超大質量黑洞到天鵝座A*（位于760光年外一個射電星系的中心）在內將近30個可被觀測的黑洞。
想用上月球望遠鏡還得數十年時間，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。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節展現黑洞周圍的光線。
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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