月球陨石坑为超稳激光器提供了理想的归宿

苏珊·柯蒂斯

Dark crater on the moon

阿波罗号飞船拍摄的月球表面的黑色环形山为超稳定激光提供了完美的环境。

一个国际物理学家小组已经提出，月球上的黑色陨石坑可能是制造激光的完美地点，这种激光比现有的最好的地球系统更稳定(Proc.Nat.Acad.Sci，doi：10.1073/pnas.2604438123这种月球激光器可以为未来的空间飞行任务提供主时间信号和精确导航，同时也为探测和研究引力波等奇异现象提供了新的机会。

条件刚刚好
这种月球激光器的关键部件是硅基光学谐振腔，这种技术在计量实验室中被广泛用于产生精确的参考频率。在这些装置中，两个镜面被单片硅隔片隔开，产生的激光频率由两个镜面之间的距离决定。在地球上，这些仪器必须保持在仔细控制的条件下，以最大限度地减少环境干扰和热噪声，这些干扰和热噪声会导致频率漂移。

相比之下，月球南极的永久阴影坑为超稳定光学谐振器提供了理想的物理环境。月球表面的自然高真空将抑制振动，并防止与可能改变反射镜之间距离的杂散粒子的任何相互作用。永久阴影坑也非常冷，在20至60K之间变化，这将显著减少镜像表面的随机抖动。

来自空腔的任何残余热量也可以辐射到外层空间。被动冷却系统将能够将空腔的温度降低到约17K，在该温度点，硅在暴露于温度的微小变化时不再膨胀或收缩。“当我了解到永久阴影区域可以提供什么时，我觉得这将是超稳定激光的最理想环境，”JILA的主要作者JILA说。JILA是科罗拉多大学博尔德分校和美国国家标准与技术研究所的联合研究所。

月球上的超稳激光器
据Ye和他的同事们说，陨石坑内独特的物理条件将允许使用更长的空腔，从而可能产生一个系统，其热噪声比最先进的地面设备低两个数量级。这种月球激光还可以实现超过一分钟的相干时间，而地球上的系统则需要10秒。

月球上的超稳激光器可能是未来月球任务的重要推动因素，比如阿耳忒弥斯计划中的那些任务。南极是这些月球探测的主要目标，因为永久阴影的环形山中蕴藏着丰富的水冰，而环形山的边缘一年中的大部分时间都被太阳照亮，以提供现成的能源。

随着这些登月计划的进行，研究人员认为在未来五年内在月球表面部署超稳定激光是可能的。一旦安装，它就可以成为导航系统的基础，提供精确的计时信号，并使稳定的光学信号能够在卫星网络中分布。这种联网能力还可用于建立用于深空成像、探测引力波和检验广义相对论的其他预测的长基线光学干涉仪。

出版日期：2026年5月28日
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