客观日本

利用“太赫兹波”探索宇宙,首先在木星和月表启动

2023年05月12日 海洋宇宙

一项利用“太赫兹波”精确测定太空中水和其他资源的项目将在木星和月球启动。4月14日发射升空的欧洲木星探测器配备了日本信息通信研究机构(NICT)等的仪器,用于调查木星上水的组成和生命迹象。2025年前后还打算应用于月球的水资源探测。该技术不仅将应用于太空的科学探索,还将应用于资源开发,有望成为探索宇宙宝藏的新方法。

4月14日,欧洲主导的“木星冰月探测计划(JUICE)”的探测器在南美圭亚那航天中心发射升空。探测器搭载的观测仪器之一“SWI(Sub-millimeter Wave Instrument,亚毫米波仪器)”由NICT参与开发,其特点是使用了高频太赫兹波。这是使用太赫兹波的设备第一次观测木星等地球以外的行星,以及在木星的卫星附近进行观测。

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SWI仪器由天线、信号接收器(上图)及电子设备(下图)两个单元组成(供图:德国马普学会的Paul Hartogh)

由于太赫兹波能够通过气体从分子水平了解物质,详细掌握天体表面的水和矿物质的性质,所以备受期待。

JUICE项目探测的木星卫星的其冰层下,人们推测可能存在液态海洋甚至生命。水的组成如何,是液态还是含冰的,矿物质中有什么?或许可以从探测器获得的一系列信息中,探讨生命居住的可能性。此外,东京工业大学的关根康人教授表示使用SWI,“有可能检测出生命活动的证据——生物标志物(Biomarker)”。

JUICE的探测器将在2030年代初期到达木星,预定于2035年完成探测,是一个较长期的探测计划。作为其预备阶段,预定在2025年前后将启动在离地球更近的月球上利用太赫兹波探测水资源所在的项目。

NICT将这个代表性项目称之为“TSUKIMI”(赏月)计划。其方针是在小型人造卫星上安装太赫兹波观测装置,探测月球表面下的水资源。目前正处于为2025年~2026年发射做准备的阶段。如果进展顺利的话,或许可以在先于木星卫星进行探索。

NICT首席研究员笠井康子展望道,“首先,我们将在月球表面确认太赫兹波的准确性,并在其基础上应用于木星的国际探测。”目前,日本是唯一拥有利用SWI进行天体表面数据分析技术的国家。如果将在月球上积累的知识汇集起来,或许还有助于在木星圈获得更接近地外生命本质的成果。

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近年来,太空探索有两大热点。一个是月球表面探索,另一个是寻找地外生命。最近的研究指出,宇宙中的某些天体可能存在丰富的水资源。月球和木星卫星就是典型的例子。

将来在月球表面将以水资源为线索,实现载人火星探测的行动已在美国的“阿尔忒弥斯计划(Artemis Program)”中被具体化。美国航空航天局(NASA)对木星卫星的观测也以存在水和海洋为前提,制定新的探测计划。

然而,目前还不清楚水在月球或木星上的什么位置,以何种状态和何种程度存在。使用太赫兹波的太空探索可进行精确定位的同时,还能够成为探测矿产资源等水以外物资的手段。

太赫兹波的使用是日本领先世界的尖端技术。在太空中,除了在国际空间站(ISS)上使用名为“SMILES(Superconducting Sub-millimeter-Wave Limb-Emission Sounder,超导亚毫米波临边辐射探测仪)”的设备通过观测地球积累经验外,近年来还启用了人工智能(AI)分析电磁波反射情况和待分析物质相关性模式。

不仅是太空探索,在工业应用领域,太赫兹波还有望应用于下一代通信标准“6G”等。在竞争对手众多的太空和通信领域,日本如何发挥优势,制定具体措施必不可少。

日文:松添亮甫、川原聪史、《日经产业新闻》、2023/4/19
中文:JST客观日本编辑部