在月球建造巨型“超级望远镜”？这可不简单

近日，法国科学家公布了在月球上建造巨型“超级望远镜”的计划，引发外界广泛关注。那么，人类为什么要在月球上放置望远镜？这会面临哪些技术挑战？目前又有哪些国家开展了类似的探索呢？

观测宇宙的好位置

为了探寻隐藏在宇宙之中的秘密，人类在科学技术持续发展的同时，不断努力提升观测地外天体及宇宙现象的能力。在漫长的太空探索历程中，人类在地球上建造了大量的太空望远镜。同时，为了以更好的角度观测太空，人们还通过飞机搭载太空望远镜，或者直接将太空望远镜发射到地球轨道上。这些不同形式、种类的太空望远镜，为人类探索宇宙奥秘提供了一种有效的方式，科学家们也因此获得了大量科学成果。

随着科学技术不断发展，人类探索太空的方式也在不断进步。2021年底，詹姆斯·韦伯空间望远镜成功发射，它在抵达环绕日地拉格朗日L2点运行的晕轨道后，开始观测遥远的太空，并取得许多科学成果。

近年来，随着人类对月球的探索和了解更加深入，各国科学家开始研究能否将太空望远镜放置或建造在月球上。

月球上巨大的陨石坑减少了建造巨型太空望远镜的土方工程

月球上没有大气和光污染，望远镜的分辨能力不会遭到破坏。月球自转周期约为28天，超长的夜晚使得望远镜可以连续观测同一个目标长达近14天。如果将望远镜放在月球背面的环形山上，根据月球与地球的潮汐锁定原理，望远镜永远不会受到地球无线电、卫星、太阳无线电噪声等影响，是一个非常好的观测宇宙的位置。

而这些新型月球望远镜，将为长期困扰人类的关键问题提供新的答案。比如宇宙从何而来？我们又是从哪里来的？在浩瀚的宇宙中，我们是孤独的吗？

实际上，在月球上放置和建造望远镜并不是一个新想法。早在美国宇航局于20世纪60～70年代进行的阿波罗载人登月计划中，成功登月的航天员在月球上放置了后向反射器，以便天文学家可以精确测量地球到月球的距离。

我国于2013年12月2日发射的嫦娥三号月球探测器，就搭载了由一块可以摆动的平面反射镜和一个大口径的望远镜系统组成的月基天文望远镜，它可以通过反射镜的摆动实现对星空大范围观测。月基天文望远镜充分利用了月球没有大气干扰和自转缓慢的优势，在近紫外波段对一批有重要科学价值的天体进行长期连续监测，完成在地球表面无法实现的观测任务。

多国着手展开探索

现在，科学家们对在月球上建造太空望远镜有了更加宏大、大胆的计划。美国宇航局喷气推进实验室于2023年公布了在月球背面建造巨型射电望远镜——月球陨石坑射电望远镜的计划，打算在月球背面选择一个直径约3～5公里的陨石坑，利用DuAxel机器人建造一个有效口径1公里以上的网状反射镜。月球陨石坑射电望远镜建成后将成为太阳系最大的射电望远镜，它的主要用途是测量宇宙黑暗时期产生的长波无线电波。

目前，在地球上建设的射电望远镜无法探测到这一神秘时期，因为来自那个时期的长波无线电波会被地球大气层顶部的离子和电子层反射，使望远镜无法接收。

同时，手机通信、雷达、卫星等发出的人造信号比来自宇宙的信号要强几百万倍，对地面射电望远镜的观测环境有着很大的影响。但在没有大气层的月球上，这些信号将不会被反射。同时月球本身能够屏蔽地球的无线电通信，避免地球上的电磁波干扰太空望远镜的工作。

此外，美国宇航局和美国能源部正在合作开发与月球陨石坑射电望远镜类似的月球表面电磁学实验夜项目。通过这次合作，美国能源部和美国宇航局正在为未来几十年成功探索黑暗时代宇宙学创造条件。该项目的射电望远镜预计于2025年发射至月球远端，在夜间月球环境下首次利用可展开天线和无线电接收器测量敏感无线电波信号。

各国科学家还提出了月极生命探测望远镜、月球光学紫外线探测器等项目，前者将专注于研究系外行星凌日时的大气，后者将专注于研究明亮的紫外线物体。

在此次公开的月球巨型超级望远镜计划中，法国科学家对于“怎么建”提出了更具体的构想，即利用月球陨石坑的特殊地形进行建造。

光学望远镜的功率在很大程度上取决于主镜的大小和望远镜的焦距，而焦距可以通过增加反射面来增长。科学家提出，超级望远镜可以使用镜子阵列作为主镜，它们沿着陨石坑的地形排列，望远镜的探测器群可以悬挂在上方。镜子不需要很大，因此它们更容易建造，并且所需的土方工程更少。

工程建设挑战不少

目前，所有这些想法仍然处于早期阶段，首先面临的最大问题就是如何在月球上建造望远镜。如今各国都在大力推进载人登月计划，在谋求将航天员成功送上月球的同时，也计划着在月球轨道和月球表面建设空间站和月面科学基地，但这仍然需要数年时间。

随着载人登月计划的逐步实施和月球科学设施建设的发展，人类将在月球上具备一定的生产能力和建设能力。不过，人力在月球上始终是有限的，想要在月球上建造大型太空望远镜，势必需要利用机器人。

而将建设月球太空望远镜所需的设备、材料、工程机械等通通运送到月球上，本身就是一项艰巨的任务。目前人类还无法做到将足以建造出太空望远镜的材料一次性运送到月球，如果一次一次地向月球运送这些材料，发射相关航天器所花费的成本是非常巨大的。

除此之外，还有一些严峻的挑战需要克服。由于受到潮汐锁定影响，月球表面的温度十分极端，最高温度可以达到100℃以上，最低温度甚至低至零下173℃，这会对观测信号的望远镜产生较大影响。

再加上月球存在月震，这会对太空望远镜的建造以及建成后的观测对准形成较大影响。另外，随着时间的推移，灰尘会积聚在望远镜上，如何清理这些沉积在望远镜表面的月尘，也是一个很大的问题。

在月球上建造超级望远镜，对天文研究来说是一个重大的飞跃，月球独特的条件为人类深入探索宇宙提供了机会。虽然挑战重重，但各国对于月球天文学的远见追求，展示了解开几千年来困惑人类的宇宙之谜的集体决心。如果未来人类真的能够在月球背面成功建造大量不同功能的天文望远镜，将是人类科技的重大突破。（作者：林胤之 图片来源：NASA 把关专家：中国航天科技集团科技委副主任 江帆）