當棒球投手投出快速球時，雷達技術會將球速顯示在電子記分牌上。這項技術在空中交通管制、高速公路測速和天氣預報中也很有用，而且不僅僅侷限於地球。天文學家使用雷達探測我們周圍的行星和小行星，測量它們圍繞太陽飛馳的速度，併成像其表面細節。一種新工具承諾透過提供比以往任何時候都更詳細的天文雷達能力來提升這一科學領域。位於西弗吉尼亞州綠岸望遠鏡的開創性雷達系統背後的團隊在上個月舉行的美國天文學會第241次會議上釋出了他們的首批成果，揭示了前所未有的月球細節，並探測到一顆近地小行星。美國國家射電天文臺（NRAO）雷達部門的專案科學家弗洛拉·帕加內利說，這臺望遠鏡的新型雷達系統，名為下一代雷達（ngRADAR），“產生的成果超出了預期”。
雷達系統發射無線電波，然後無線電波從附近的物體上反彈回來。當波返回探測器時，它們到達的時間不同，具體取決於它們傳播的距離。利用這些資訊，科學家可以重建物體的影像或測量其速度。雖然在地球上，我們的雷達裝置通常是手持式的，但按比例放大、功能更強大的版本——在這種情況下，是一臺巨大的射電望遠鏡——可以將波傳送到地球之外，觀察小行星而不是棒球。
ngRADAR 系統使用綠岸望遠鏡作為巨大的發射天線，並使用
關於支援科學新聞業
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞業 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保有關塑造我們今天世界的發現和想法的重大報道的未來。
遍佈美國、夏威夷和維爾京群島的甚長基線陣列射電望遠鏡作為數英里寬的接收器。綠岸擁有一個直徑 100 米的碟形天線——相當於射電望遠鏡的鏡子——使其成為地球上最大的可操縱天線，非常適合這項工作。
為了測試新系統，ngRADAR 團隊轉向月球，對阿波羅 著陸點和著名的第谷隕石坑進行成像。帕加內利說，這些是“有史以來從地面系統拍攝的月球最高解析度影像”。它們揭示了米級的特徵，並且很可能引起月球科學家的極大興趣。
美國國家射電天文臺和綠岸天文臺雷達部門主管帕特里克·泰勒說：“能夠從地面看到第谷隕石坑坑底上清晰的地表地質特徵，真是令人歎為觀止。” “看看行星地質學家如何利用這些資訊將會很有趣。”
綠岸天文臺，2020 年 7 月。圖片來源：Jill Malusky，NSF/GBO 20 (CC BY 3.0)
該團隊還成功地探測到了一顆距離月球五倍遠的小行星，使用的功率甚至低於普通的微波爐。此外，新儀器透過 Ku 波段傳輸，其無線電波頻率高於其他行星雷達使用的頻率。約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室的行星科學家埃德加·里維拉-瓦倫丁解釋說：“這意味著我們將在‘新的光’下看到[小行星]，這可以提供關於表面特徵的新細節，例如岩石大小、地質和密度。”他沒有參與 ngRADAR 專案。
追蹤小行星對於行星科學家來說是一件非常有趣的事情，他們搜尋這些岩石塊，尋找我們太陽系過去的線索，這對人類也至關重要。我們保護自己免受撞擊地球的小行星的最佳機會是儘早發現它們並瞭解它們的特性，例如它們的大小和密度。泰勒說：“我們越早了解風險，對物體瞭解得越多，我們就越能更好地應對這種情況。”
ngRADAR 系統的上線對於行星防禦和射電天文學來說正值關鍵時刻。在波多黎各著名的阿雷西博天文臺災難性倒塌後，只剩下一個活躍的雷達天文學設施：NASA 的戈德斯通太陽系雷達，它是深空網路的一部分，該網路與整個太陽系中的航天器進行通訊。將人類的所有希望都寄託在戈德斯通身上尤其具有風險，尤其因為它“最近經歷了長達 18 個月的故障，使我們在很長一段時間內失去了必要的行星防禦能力”，加州大學洛杉磯分校的行星科學家讓-呂克·瑪戈特說。 ngRADAR 系統有助於填補阿雷西博留下的空白，並補充現有的戈德斯通設施，加強人類的防線。
ngRADAR 的首批成果僅僅是開始。專案團隊正在努力改進初始設計，將其設想為未來多年的射電天文學主力。“這項技術非常可靠，可以保證多年的持續執行，”建造 ngRADAR 系統的雷神技術公司的工程師史蒂文·威爾金森說。
該團隊還計劃利用即將到來的甚大陣列擴充套件專案（稱為 ngVLA）的能力，這將使 ngRADAR 在未來十年內成為歷史上最先進的行星雷達。瑪戈特說：“在未來的配置中，該系統的靈敏度將超過阿雷西博，並允許在更遠的距離進行探測。”