人类探索宇宙的历程已经持续了数个世纪，从肉眼观测到地面和空间望远镜的发明，我们能够通过电磁谱的几乎所有波段来研究宇宙中的天体。X射线脉冲星、伽马射线暴等宇宙现象都为我们揭示了宇宙的奥秘，然而，有一个频段至今仍是未解之谜——低频射电天空。
突破观测极限：GO-LoW项目的诞生
来自MIT林肯实验室、MIT海斯塔克天文台和洛厄尔天文台的研究人员正在开展一项由NASA资助的概念研究，名为"长波天文台"（Great Observatory for Long Wavelengths，简称GO-LoW）。该项目提出了一种创新方法，通过部署数千颗小型卫星组成的星座，来观测以往无法看到的低频宇宙景象。
"GO-LoW将是一种新型望远镜，由成千上万的航天器组成，它们能够半自主地协同工作，仅需来自地球的有限指令，"GO-LoW项目首席研究员、来自海斯塔克天文台的Mary Knapp表示，"GO-LoW将让人类以全新的视角观察宇宙，开启电磁谱中最后的 frontier之一。"
低频射电观测的挑战
观测低频射电天空面临两大挑战。首先是地球电离层的阻碍，这一大气层含有带电粒子，会阻挡极低频射电波的通过。因此，必须使用基于空间的仪器来观测这些波长。
第二个挑战是长波长观测需要相应的大型望远镜。如果采用传统的抛物面天线设计，望远镜需要达到数公里长的尺寸才能有效工作。GO-LoW项目将采用干涉测量技术——一种结合多个空间分离接收器信号的技术，当这些信号整合在一起时，将形成一个大型望远镜——从而从系外行星和其他太空源获取高度详细的数据。
类似的技术曾被用于拍摄第一张黑洞图像，以及最近首次获得已知系外辐射带的图像。
科学价值：探索系外行星的奥秘
洛厄尔天文台团队成员Melodie Kao指出，这些数据可能揭示系外行星的构成和潜在生命迹象。"系外行星周围的射电波极光携带重要信息，例如行星是否有磁场、磁场强度如何、行星自转速度，甚至关于行星内部结构的线索，"她解释道，"研究系外行星射电极光及其所追踪的磁场是宜居性难题的重要组成部分，也是GO-LoW的关键科学目标之一。"
技术可行性：多趋势助推项目实现
多项近期趋势和技术发展使GO-LoW在不久的将来成为可能，包括：大规模生产的小型卫星成本下降、巨型星座的兴起，以及NASA太空发射系统(SLS)等大型高容量运载火箭的回归。GO-LoW将成为首个用于科学目的的采用干涉测量技术的巨型星座。
系统架构：分层设计的创新
GO-LoW星座将通过几次连续发射构建，每次发射包含数千航天器。一旦进入近地轨道，航天器将进行燃料补充，然后前往最终目的地——地球-太阳拉格朗日点，在那里进行部署。
拉格朗日点是太空中两个大天体（如太阳和地球）引力处于平衡的区域，航天器只需最少的燃料就能维持相对于这两个较大天体的位置。在距离地球如此遥远的位置（1天文单位，约9300万英里），也将大大减少可能干扰GO-LoW敏感测量的射频干扰。
"GO-LoW将采用分层架构，包括数千个小型监听节点和较少的大型通信与计算节点(CCNs)，"来自林肯实验室应用空间系统团队的团队成员Kat Kononov表示，"监听节点是小型、相对简单的3U立方体卫星——约有一块面包大小——它们使用低频天线收集数据，存储在内存中，然后通过无线电链路定期将其发送到其通信和计算节点。相比之下，CCNs的大小约为迷你冰箱。"
观测能力：前所未有的宇宙视野
在完全部署状态下，拥有约10万个监听节点的GO-LoW星座应该能够观测到太阳系内5至10秒差距范围内具有磁场的系外行星，其中许多将是首次被发现。
GO-LoW研究团队最近发表了他们第一阶段的发现结果，确定了一种称为矢量传感器的先进天线是该应用的最佳选择。2024年，林肯实验室设计了一种适合在空间使用的紧凑型可部署传感器版本。
团队目前正在开展该计划的第二阶段，即构建星座运行的多智能体模拟。
"我们在第一阶段研究中了解到，GO-LoW的难点不在于任何特定技术...难点在于系统：系统工程和运行系统的自主性，"Knapp表示，"那么，我们如何构建这个星座使其成为一个可管理的问题？这就是我们在研究下一部分内容时正在探索的。"
行业意义：军民融合的空间创新
GO-LoW是林肯实验室众多民用空间计划之一，旨在利用最初为国家安全开发的高级技术，支持新的科学和社会空间任务。"通过调整这些能力以服务新的利益相关者，实验室有助于开启新的发现前沿，同时构建具有弹性、成本效益的系统，造福国家和世界，"林肯实验室民用空间系统与技术办公室副主任Laura Kennedy表示。
"就像1969年登月或1990年代发射哈勃望远镜一样，GO-LoW有望让我们看到前所未见的事物并产生科学突破，"Kononov补充道。
GO-LoW是林肯实验室、海斯塔克天文台、洛厄尔大学以及LeafLabs的Lenny Paritsky和康奈尔大学的Jacob Turner之间的合作项目。
未来展望：开启宇宙探索新纪元
随着技术的不断进步和项目的持续推进，GO-LoW有望彻底改变我们对宇宙的理解。通过揭示低频射电天空的秘密，这一创新项目将帮助科学家更好地了解系外行星的磁场特性、大气组成以及潜在的宜居条件。同时，GO-LoW所展示的分布式卫星星座技术也将为未来的深空探索和天文观测提供新的范式。
GO-LoW项目的成功实施不仅将推动天文学的发展，还将促进航天技术的创新，展示军民融合在空间科学领域的巨大潜力。随着人类对宇宙探索的不断深入，像GO-LoW这样的创新项目将继续拓展我们的知识边界，揭示更多宇宙的奥秘。
