在月球建造巨型“超級望遠鏡”？這可不簡單

近日，法國科學家公布了在月球上建造巨型“超級望遠鏡”的計劃，引發(fā)外界廣泛關注。那么，人類為什么要在月球上放置望遠鏡？這會面臨哪些技術挑戰(zhàn)？目前又有哪些國家開展了類似的探索呢？

觀測宇宙的好位置

為了探尋隱藏在宇宙之中的秘密，人類在科學技術持續(xù)發(fā)展的同時，不斷努力提升觀測地外天體及宇宙現(xiàn)象的能力。在漫長的太空探索歷程中，人類在地球上建造了大量的太空望遠鏡。同時，為了以更好的角度觀測太空，人們還通過飛機搭載太空望遠鏡，或者直接將太空望遠鏡發(fā)射到地球軌道上。這些不同形式、種類的太空望遠鏡，為人類探索宇宙奧秘提供了一種有效的方式，科學家們也因此獲得了大量科學成果。

隨著科學技術不斷發(fā)展，人類探索太空的方式也在不斷進步。2021年底，詹姆斯·韋伯空間望遠鏡成功發(fā)射，它在抵達環(huán)繞日地拉格朗日L2點運行的暈軌道后，開始觀測遙遠的太空，并取得許多科學成果。

近年來，隨著人類對月球的探索和了解更加深入，各國科學家開始研究能否將太空望遠鏡放置或建造在月球上。

月球上巨大的隕石坑減少了建造巨型太空望遠鏡的土方工程

月球上沒有大氣和光污染，望遠鏡的分辨能力不會遭到破壞。月球自轉(zhuǎn)周期約為28天，超長的夜晚使得望遠鏡可以連續(xù)觀測同一個目標長達近14天。如果將望遠鏡放在月球背面的環(huán)形山上，根據(jù)月球與地球的潮汐鎖定原理，望遠鏡永遠不會受到地球無線電、衛(wèi)星、太陽無線電噪聲等影響，是一個非常好的觀測宇宙的位置。

而這些新型月球望遠鏡，將為長期困擾人類的關鍵問題提供新的答案。比如宇宙從何而來？我們又是從哪里來的？在浩瀚的宇宙中，我們是孤獨的嗎？

實際上，在月球上放置和建造望遠鏡并不是一個新想法。早在美國宇航局于20世紀60～70年代進行的阿波羅載人登月計劃中，成功登月的航天員在月球上放置了后向反射器，以便天文學家可以精確測量地球到月球的距離。

我國于2013年12月2日發(fā)射的嫦娥三號月球探測器，就搭載了由一塊可以擺動的平面反射鏡和一個大口徑的望遠鏡系統(tǒng)組成的月基天文望遠鏡，它可以通過反射鏡的擺動實現(xiàn)對星空大范圍觀測。月基天文望遠鏡充分利用了月球沒有大氣干擾和自轉(zhuǎn)緩慢的優(yōu)勢，在近紫外波段對一批有重要科學價值的天體進行長期連續(xù)監(jiān)測，完成在地球表面無法實現(xiàn)的觀測任務。

多國著手展開探索

現(xiàn)在，科學家們對在月球上建造太空望遠鏡有了更加宏大、大膽的計劃。美國宇航局噴氣推進實驗室于2023年公布了在月球背面建造巨型射電望遠鏡——月球隕石坑射電望遠鏡的計劃，打算在月球背面選擇一個直徑約3～5公里的隕石坑，利用DuAxel機器人建造一個有效口徑1公里以上的網(wǎng)狀反射鏡。月球隕石坑射電望遠鏡建成后將成為太陽系最大的射電望遠鏡，它的主要用途是測量宇宙黑暗時期產(chǎn)生的長波無線電波。

目前，在地球上建設的射電望遠鏡無法探測到這一神秘時期，因為來自那個時期的長波無線電波會被地球大氣層頂部的離子和電子層反射，使望遠鏡無法接收。

同時，手機通信、雷達、衛(wèi)星等發(fā)出的人造信號比來自宇宙的信號要強幾百萬倍，對地面射電望遠鏡的觀測環(huán)境有著很大的影響。但在沒有大氣層的月球上，這些信號將不會被反射。同時月球本身能夠屏蔽地球的無線電通信，避免地球上的電磁波干擾太空望遠鏡的工作。

此外，美國宇航局和美國能源部正在合作開發(fā)與月球隕石坑射電望遠鏡類似的月球表面電磁學實驗夜項目。通過這次合作，美國能源部和美國宇航局正在為未來幾十年成功探索黑暗時代宇宙學創(chuàng)造條件。該項目的射電望遠鏡預計于2025年發(fā)射至月球遠端，在夜間月球環(huán)境下首次利用可展開天線和無線電接收器測量敏感無線電波信號。

各國科學家還提出了月極生命探測望遠鏡、月球光學紫外線探測器等項目，前者將專注于研究系外行星凌日時的大氣，后者將專注于研究明亮的紫外線物體。

在此次公開的月球巨型超級望遠鏡計劃中，法國科學家對于“怎么建”提出了更具體的構想，即利用月球隕石坑的特殊地形進行建造。

光學望遠鏡的功率在很大程度上取決于主鏡的大小和望遠鏡的焦距，而焦距可以通過增加反射面來增長?？茖W家提出，超級望遠鏡可以使用鏡子陣列作為主鏡，它們沿著隕石坑的地形排列，望遠鏡的探測器群可以懸掛在上方。鏡子不需要很大，因此它們更容易建造，并且所需的土方工程更少。

工程建設挑戰(zhàn)不少

目前，所有這些想法仍然處于早期階段，首先面臨的最大問題就是如何在月球上建造望遠鏡。如今各國都在大力推進載人登月計劃，在謀求將航天員成功送上月球的同時，也計劃著在月球軌道和月球表面建設空間站和月面科學基地，但這仍然需要數(shù)年時間。

隨著載人登月計劃的逐步實施和月球科學設施建設的發(fā)展，人類將在月球上具備一定的生產(chǎn)能力和建設能力。不過，人力在月球上始終是有限的，想要在月球上建造大型太空望遠鏡，勢必需要利用機器人。

而將建設月球太空望遠鏡所需的設備、材料、工程機械等通通運送到月球上，本身就是一項艱巨的任務。目前人類還無法做到將足以建造出太空望遠鏡的材料一次性運送到月球，如果一次一次地向月球運送這些材料，發(fā)射相關航天器所花費的成本是非常巨大的。

除此之外，還有一些嚴峻的挑戰(zhàn)需要克服。由于受到潮汐鎖定影響，月球表面的溫度十分極端，最高溫度可以達到100℃以上，最低溫度甚至低至零下173℃，這會對觀測信號的望遠鏡產(chǎn)生較大影響。

再加上月球存在月震，這會對太空望遠鏡的建造以及建成后的觀測對準形成較大影響。另外，隨著時間的推移，灰塵會積聚在望遠鏡上，如何清理這些沉積在望遠鏡表面的月塵，也是一個很大的問題。

在月球上建造超級望遠鏡，對天文研究來說是一個重大的飛躍，月球獨特的條件為人類深入探索宇宙提供了機會。雖然挑戰(zhàn)重重，但各國對于月球天文學的遠見追求，展示了解開幾千年來困惑人類的宇宙之謎的集體決心。如果未來人類真的能夠在月球背面成功建造大量不同功能的天文望遠鏡，將是人類科技的重大突破。（作者：林胤之 圖片來源：NASA 把關專家：中國航天科技集團科技委副主任 江帆）