星星上和裡面有什麼？活動星系核會發生什麼？回答這些問題是月球上巨型干涉儀的目標。它被稱為阿爾忒彌斯啟用的恆星成像儀（AeSI），將在月球表面以1公里長的橢圓陣列部署一系列15-30個光學/紫外線敏感望遠鏡。

由美國宇航局戈達德航太中心的肯尼斯·卡彭特博士領導的美國科學家和工程師團隊與戈達德綜合設計中心合作，剛剛完成了為期9個月的AeSI可行性研究，並發表了研究結果。這項研究是由NASA的創新先進概念（NIAC）項目資助的，該專案允許科學家和工程師研究未來專案的有遠見的想法。

AeSI是基於一種名為恆星成像儀（SI）的自由飛行紫外/光學空間干涉儀的早期概念。據卡彭特說，他們看到了美國宇航局在月球表面建立棲息地和支援基礎設施的阿爾忒彌斯運動取得的穩步進展。在月球上建立設施的想法開始看起來更可行，而且與自由飛行相比更具競爭力。他說：“因此，我們向NASA創新先進概念（NIAC）計劃提出開發SI概念的一種變體，稱為阿爾忒彌斯啟用的恆星成像儀（AeSI），它可能會與阿爾忒彌斯戰役合作建造、部署、操作和服務。”

阿耳忒彌斯機會和干涉儀

美國宇航局提議通過阿爾忒彌斯任務重返月球，這為天文學家提供了一個部署干涉儀和其他望遠鏡的機會。這將利用由阿爾忒彌斯基礎設施支持的環境，並且不受地基或天基陣列可能遇到的一些限制。

NIAC資助的研究側重於許多科學目標。它指出，“這項任務將使革命性的科學成為可能，包括：對附近（~ 4pc）的太陽型恆星和更遠（>2kpc）的超巨星的表面進行成像，以研究磁驅動的活動（斑塊、星點、對流），對新生恆星周圍的吸積盤進行成像，並解析活動星系核（AGN）中心引擎周圍的區域。”

對恆星表面的成像為其內部的活動提供了線索。如果這些恆星與太陽相似（即主序星），這將使我們更深入地瞭解離我們最近的恆星在做什麼。據卡彭特說，AeSI觀測還將幫助科學家了解驅動太陽和其他恆星磁場活動的發電機活動。他說：“我們提議對類太陽恆星進行初步研究，利用高空間解析度恆星成像來觀察表面磁活動表現的週期性時間演變，利用高時間和空間解析度星震學來探測恆星的內部結構，獲得建立太陽/恆星磁活動真正預測模型所需的資訊。”

從月球探索恆星

讓我們快速總結一下AeSI的可能目標。它可以研究像半人馬座α A、Procyon A、天狼星A和epsilon Eridani這樣的主序星，以收集它們表面活動和驅動它們的磁活動的細節。然後，這些干涉測量數據可以與空間分辨的星震學研究相結合，從而更準確地了解這些恆星內部到底發生了什麼。此外，它可以幫助科學家瞭解恆星活動如何影響其行星的存在和可居住性。

除了了解這些恆星發生了什麼（以及對太陽的影響）之外，干涉測量學研究還可以直接應用於預測太陽活動及其對地球的影響。AeSI將提供高空間和時間解析度的成像能力，這將使我們看到恆星表面以及它們如何隨著磁循環而變化。科學家將能夠“看到”磁場驅動的活動，如星黑子（類似於太陽黑子）、熱斑和對流活動。太陽和其他恆星上的活躍區域非常明亮。在太陽上，它們主導著光的波長，這對預測太陽活動對包括地球在內的周圍行星的影響至關重要。

研究更複雜和遙遠的物體

月球上的AeSI裝置也將提供對其他恆星周圍吸積盤的非常詳細的觀察。這些區域的細節觀察可能具有挑戰性。這是因為它們通常很難從恆星中分離出來。超新星是另一個已知的目標，特別是特大品質恆星結束生命的災難性爆炸的噴出物。AeSI可以説明天文學家探測超新星爆發初期膨脹的碎片雲。

AeSI還應該能夠對活動星系核中發生的複雜事件進行成像。特別是，AGN風似乎存在於大多數這些物體周圍。它們的速度和質量損失量為銀河系中心物體的結構提供了線索。AeSI對這些區域的測量也有助於更精確地測量這些物體（類星體）的距離，並有助於測量宇宙常數。卡彭特說，這樣的研究將需要擴展AeSI陣列的能力。“因為即使是最亮的AGN的距離，我們也需要更大的外陣列直徑來分辨中心引擎周圍的區域，這可能是唯一足夠明亮的部分，可以被AeSI成功探測到，”他解釋說。“我們正在探索通過使用比目前可能的更高的紫外線反射率的反射鏡塗層、改進的紫外線探測器和更大的反射鏡元件來提高AeSI的紫外線靈敏度的方法。這些改進將極大地提高我們研究更廣泛的AGN樣本和單個AGN更多部分的能力。”

AeSI的實現

AeSI的基本任務設計取決於即將到來的阿爾忒彌斯任務中宇航員和/或機器人的部署。陣列中的每個元件將是一個部署在小型漫遊車上的一米望遠鏡。該陣列將根據具體觀測的需要擴大或縮小。來自陣列的數據將由中央波束組合“集線器”收集，並重建以創建目標恆星或其他物體的圖像。

月球為AeSI提供了非常好的、穩定的環境。它沒有大氣干擾望遠鏡的視野，這意味著不需要自適應光學來校正空氣運動。這也意味著干涉儀可以在比任何地面陣列更短的波長下工作。需要考慮的兩個挑戰（除了望遠鏡和支持硬體的交付以及實際的施工過程）是塵埃和月震期間的地震運動。然而，這些都是可以處理的。

現在我們等待阿爾忒彌斯

如果NASA選擇實施這個任務概念，最大的問題將是：何時何地部署它？這一切都取決於阿爾忒彌斯計劃的進展，以及它可能為鄰近天文臺提供的能力。目前，第一次載人任務最早要到2026年春天才會進行。後續的飛行將奠定更多的基礎設施，這些飛行的節奏仍然未知。因此，現實地說，最早的AeSI可能會在本世紀30年代末或40年代初實施。

至於干涉儀的部署地點，研究小組建議在月球南極的幾個地點，最好靠近先前建造的阿爾忒彌斯基礎設施，以便阿爾忒彌斯的宇航員或機器人能夠輕鬆進入。然而，如果阿爾忒彌斯能夠支援，定位在更遙遠、更低緯度的可能性也會引起人們的興趣，因為它可以觀測到更多的天空。AeSI團隊的下一步工作是對干涉儀所需的技術進行更多的研發，並繼續探索它可以適應的其他科學研究。