客觀日本

利用「太赫茲波」探索宇宙,首先在木星和月表起動

2023年05月12日 海洋宇宙

一項利用「太赫茲波」精確測定太空回收水和其他資源的專案將在木星和月球起動。4月14日發射升空的歐洲木星探測器配備了日本資訊通訊研究機構(NICT)等的儀器,用於調查木星充填水的組成和生命跡象。2025年前後還打算應用於月球的水資源探測。該技術不僅將應用於太空的科學探索,還將應用於資源開發,有望成爲探索宇宙寶藏的新方法。

4月14日,歐洲主導的「木星冰月探測計劃(JUICE)」的偵檢器在南美洲圭亞那航太中心發射升空。偵檢器搭載的觀測儀器之一「SWI(Sub-millimeter Wave Instrument,亞毫米波儀器)」由NICT參與開發,其特點是使用了高頻太赫茲波。這是使用太赫茲波的設備第一次觀測木星等地球以外的行星,以及在木星的人造衛星附近進行觀測。

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SWI儀器由天線、訊號接收器(上圖)及電子設備(下圖)兩個單元組成(供圖:德國馬普學會的Paul Hartogh)

由於太赫茲波能夠透過氣體從分子水平了解物質,詳細掌握天體表面的水和礦物質的性質,所以備受期待。

JUICE專案探測的木星人造衛星的其冰層下,人們推測可能存在液態海洋甚至生命。水的組成如何,是液態還是含冰的,礦物質中有什麼?或許可以從偵檢器獲得的一系列資訊中,探討生命居住的可能性。此外,東京工業大學的關根康人教授表示使用SWI,「有可能檢測出生命活動的證據——生物標誌物(Biomarker)」。

JUICE的偵檢器將在2030年代初期到達木星,預定於2035年完成探測,是一個較長期的探測計劃。作爲其預備階段,預定在2025年前後將起動在離地球更近的月球上利用太赫茲波探測水資源所在的專案。

NICT將這個代表性專案稱之爲「TSUKIMI」(賞月)計劃。其方針是在小型人造人造衛星上安裝太赫茲波觀測裝置,探測月球表面下的水資源。目前正處於爲2025年~2026年發射做準備的階段。如果進展順利的話,或許可以在先於木星人造衛星進行探索。

NICT首席研究員笠井康子展望道,「首先,我們將在月球表面應答太赫茲波的準確性,並在其基礎上應用於木星的國際探測。」目前,日本是唯一擁有利用SWI進行天體表面數據分析技術的國家。如果將在月球上積累的知識彙集起來,或許還有助於在木星圈獲得更接近外星生命本質的成果。

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近年來,太空探索有兩大熱點。一個是月球表面探索,另一個是尋找外星生命。最近的研究指出,宇宙中的某些天體可能存在豐富的水資源。月球和木星人造衛星就是典型的例子。

將來在月球表面將以水資源爲線索,實施載人火星探測的行動已在美國的「阿爾忒彌斯計劃(Artemis Program)」中被具體化。美國航空太空局(NASA)對木星人造衛星的觀測也以存在水和海洋爲前提,制定新的探測計劃。

然而,目前還不清楚水在月球或木星上的什麼位置,以何種狀態和何種程度存在。使用太赫茲波的太空探索可進行精確定位的同時,還能夠成爲探測礦產資源等水以外物資的手段。

太赫茲波的使用是日本領先世界的尖端技術。在太空中,除了在國際太空站(ISS)上使用名爲「SMILES(Superconducting Sub-millimeter-Wave Limb-Emission Sounder,超導亞毫米波臨邊輻射探測儀)」的設備透過觀測地球積累經驗外,近年來還啓用了人工智慧(AI)分析電磁波反射情況和待分析物質相關模式。

不僅是太空探索,在工業應用領域,太赫茲波還有望應用於下一代通訊標準「6G」等。在競爭對手衆多的太空和通訊領域,日本如何發揮優勢,制定具體措施必不可少。

日文:松添亮甫、川原聰史、《日經產業新聞》、2023/4/19
中文:JST客觀日本編輯部