使用月球近侧干涉仪阵列检测引力波

在中国载人登月任务的突破性发展中，中国国家航天局呼吁进行可能的实验，以利用月球独特的科学特性。毫无疑问，天文学界热切地拥抱着这个机会。北京师范大学天文系领导的一个团队最近提出了一项很有希望的计划，通过在月球表面放置仪来探测引力波(GW)。

通过利用月球作为韦伯棒式共振质量，该实验利用了探测十赫兹引力波。他们计划在月球表面建造一系列小型激光干涉仪。月球的自然共振频率范围在 0.1 到 1Hz 之间，有可能探测由重大天体物理事件(如中等质量黑洞 (IMBH) 合并和中子星碰撞)产生的引力波。通过安装仪，可以观测到十赫兹巨波经过所引起的月球形状和位置的变化。该频率范围填补了现有探测器覆盖的引力波频谱的空白，例如地面探测器(LIGO 等人)和正在进行的天基天线(LISA 等人)，它们在几赫兹和毫赫兹处表现出峰值灵敏度( 10 -3 Hz)，分别。

概述了该实验的设计和部署策略。为了监测月球的平移和旋转运动，他们计划使用可感知六个自由度(DOF)的仪。所有机械自由度都是弱交叉耦合的。此外，还提出了一个两级传感器系统来监测月球。对于月球位移，使用干涉传感器;对于月震等低频和高直流位移，伯明翰光学传感器和电磁执行器(BOSEM)发挥作用。硬件设计似乎可以达到每平方根赫兹10 -11 m的灵敏度。也就是说，对于频率为1 Hz的信号，所提出的设计可以检测到的月球地质的最小振动为10 -11 m。

阵列的位置也经过仔细考虑。由于没有大气层，月球昼夜温差很大。发现四个冷点满足稳定的低温条件。不过，地点的选择取决于未来的月球任务，以提供更准确的信息。

提案中纳入了裁员措施，以应对任务挑战。例如，每个仪有六个光电探测器，但测量局部地形只需要四个。五个仪的部署模式也经过精心设计，以捕获当地的月球表面变形，并能够推断出周边地区更大的变形。对于最极端的情况，只有两个相距较远的仪才能进行探测。

然而，挑战依然存在。压倒性的背景热震噪声是不可避免的。此外，数据采集、存储和处理也具有挑战性。仪和地球之间需要可靠的高带宽通信链路。尽管有这些要求，但持续的进步和未来的解决方案预计将解决这些困难。

总体而言，在月球上建造干涉仪阵列以探测十赫兹引力波(GW)的提议有可能为引力波物理研究做出贡献，并促进对中等质量黑洞等现象的探索。基于月球独特的环境和特征，可能会增进我们对宇宙的认识，拓展引力波天文学的领域。

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