当棒球投手投出快速球时，雷达技术会将球速显示在电子记分牌上。这项技术在空中交通管制、高速公路测速和天气预报中也很有用，而且不仅仅局限于地球。天文学家使用雷达探测我们周围的行星和小行星，测量它们围绕太阳飞驰的速度，并成像其表面细节。一种新工具承诺通过提供比以往任何时候都更详细的天文雷达能力来提升这一科学领域。位于西弗吉尼亚州绿岸望远镜的开创性雷达系统背后的团队在上个月举行的美国天文学会第241次会议上发布了他们的首批成果，揭示了前所未有的月球细节，并探测到一颗近地小行星。美国国家射电天文台（NRAO）雷达部门的项目科学家弗洛拉·帕加内利说，这台望远镜的新型雷达系统，名为下一代雷达（ngRADAR），“产生的成果超出了预期”。
雷达系统发射无线电波，然后无线电波从附近的物体上反弹回来。当波返回探测器时，它们到达的时间不同，具体取决于它们传播的距离。利用这些信息，科学家可以重建物体的图像或测量其速度。虽然在地球上，我们的雷达设备通常是手持式的，但按比例放大、功能更强大的版本——在这种情况下，是一台巨大的射电望远镜——可以将波发送到地球之外，观察小行星而不是棒球。
ngRADAR 系统使用绿岸望远镜作为巨大的发射天线，并使用
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遍布美国、夏威夷和维尔京群岛的甚长基线阵列射电望远镜作为数英里宽的接收器。绿岸拥有一个直径 100 米的碟形天线——相当于射电望远镜的镜子——使其成为地球上最大的可操纵天线，非常适合这项工作。
为了测试新系统，ngRADAR 团队转向月球，对阿波罗 着陆点和著名的第谷陨石坑进行成像。帕加内利说，这些是“有史以来从地面系统拍摄的月球最高分辨率图像”。它们揭示了米级的特征，并且很可能引起月球科学家的极大兴趣。
美国国家射电天文台和绿岸天文台雷达部门主管帕特里克·泰勒说：“能够从地面看到第谷陨石坑坑底上清晰的地表地质特征，真是令人叹为观止。” “看看行星地质学家如何利用这些信息将会很有趣。”
绿岸天文台，2020 年 7 月。图片来源：Jill Malusky，NSF/GBO 20 (CC BY 3.0)
该团队还成功地探测到了一颗距离月球五倍远的小行星，使用的功率甚至低于普通的微波炉。此外，新仪器通过 Ku 波段传输，其无线电波频率高于其他行星雷达使用的频率。约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的行星科学家埃德加·里维拉-瓦伦丁解释说：“这意味着我们将在‘新的光’下看到[小行星]，这可以提供关于表面特征的新细节，例如岩石大小、地质和密度。”他没有参与 ngRADAR 项目。
追踪小行星对于行星科学家来说是一件非常有趣的事情，他们搜寻这些岩石块，寻找我们太阳系过去的线索，这对人类也至关重要。我们保护自己免受撞击地球的小行星的最佳机会是尽早发现它们并了解它们的特性，例如它们的大小和密度。泰勒说：“我们越早了解风险，对物体了解得越多，我们就越能更好地应对这种情况。”
ngRADAR 系统的上线对于行星防御和射电天文学来说正值关键时刻。在波多黎各著名的阿雷西博天文台灾难性倒塌后，只剩下一个活跃的雷达天文学设施：NASA 的戈德斯通太阳系雷达，它是深空网络的一部分，该网络与整个太阳系中的航天器进行通信。将人类的所有希望都寄托在戈德斯通身上尤其具有风险，尤其因为它“最近经历了长达 18 个月的故障，使我们在很长一段时间内失去了必要的行星防御能力”，加州大学洛杉矶分校的行星科学家让-吕克·玛戈特说。 ngRADAR 系统有助于填补阿雷西博留下的空白，并补充现有的戈德斯通设施，加强人类的防线。
ngRADAR 的首批成果仅仅是开始。项目团队正在努力改进初始设计，将其设想为未来多年的射电天文学主力。“这项技术非常可靠，可以保证多年的持续运行，”建造 ngRADAR 系统的雷神技术公司的工程师史蒂文·威尔金森说。
该团队还计划利用即将到来的甚大阵列扩展项目（称为 ngVLA）的能力，这将使 ngRADAR 在未来十年内成为历史上最先进的行星雷达。玛戈特说：“在未来的配置中，该系统的灵敏度将超过阿雷西博，并允许在更远的距离进行探测。”