為什麼不把天文望遠鏡放到月球上？

如果想要拍攝宇宙中最遙遠、最未受污染的天體照片，最好的選擇就是離開地球。在地球上，有各種各樣的因素會影響到天文望遠鏡的成像能力。光污染限制了我們看得多深遠，大氣破壞瞭望遠鏡的分辨能力，雲層和天氣干擾了發光天體，太陽和地球本身阻擋了我們所看到的天空。

正因為如此，哈勃、錢德拉、費米、斯皮策等太空望遠鏡已經展示了太空望遠鏡的巨大功效，這些望遠鏡傳回地球的圖像和數據遠勝於任何類似的陸基天文望遠鏡。那麼，為什麼不把天文望遠鏡放在真空的月球表面上呢？

乍一看，月球似乎是放置望遠鏡的理想位置。月球上根本沒有大氣，這消除了所有的光污染問題。它離地球很遠，這將大大減少人類產生的信號干擾。月球自轉周期將近28天，超長的夜晚意味著可以連續觀測同一個目標長達14天而不受干擾。而且，有了堅實的月表作為支撐，天文望遠鏡不需要依靠陀螺儀或反作用輪來指向（哈勃此前因為陀螺儀故障而面臨停止觀測任務）。

雖然所有的這一切看似很合理，但如果思考一下月球繞地球運行的方式，以及整個月球-地球系統繞太陽運行的方式，就會發現這樣的裝置必然會遇到的一些問題。

首先，如果把天文望遠鏡放在月球上，應該是放在始終正對著地球的正面，還是放在始終背對著地球的背面？事實上，無論放在月球的哪一面都有缺陷。

如果把望遠鏡放在月球正面，那麼，望遠鏡就會一直對著地球。這意味著在地球上可以向月球望遠鏡發送和接收信號，控制望遠鏡，下載和上傳數據，而且這幾乎是實時的。但這也意味著地球產生的干擾，如無線電廣播信號、人造光源。

另一方面，如果把望遠鏡放在月球背面，這能有效地屏蔽來自地球的任何影響。但這也意味著沒有直接的路徑進行信號傳輸，這就要求必須有一個額外的中繼裝置，就像我國發射的鵲橋號中繼衛星那樣。

不管怎樣，在月球假設望遠鏡都會遇到很多問題，而這些問題是在進入行星際空間中時不會遇到的。最大的問題有兩個：

（1）月震。地球在月球上施加的潮汐力是月球施加在地球上的潮汐力的20多倍，這足以使月球出現相當多的月震。

（2）極端溫度。由於月球被潮汐鎖定，它的自轉速度很慢。月球會連續14天沐浴在陽光下，隨後14天陷入完全黑暗之中。月球白天氣溫可以超過100 ℃，而晚上則會冷到-173 ℃。

雖然運行在太空中的望遠鏡可以通過主動或被動冷卻（或兩者兼而有之）來控制溫度，但望遠鏡必須冷卻到它將要觀測的波長所對應的溫度以下，否則噪音會淹沒想要接收的信號。這對於紫外、光學或紅外天文學來說是一個巨大的缺陷，所有這些都將在月球上產生嚴重的問題，除了地球或太陽這樣巨大的觀測目標之外。

設計一架能夠在極端溫度下仍能保持最佳工作狀態的望遠鏡是一項巨大的挑戰。毫無疑問，人類目前唯一放置在月球上的望遠鏡是位於月球正面的一架紫外望遠鏡。由於紫外線幾乎會被地球大氣吸收，所以這種望遠鏡需要處於地球大氣之外的真空環境中。

對於大多數應用來說，把望遠鏡送到太空中將是比去月球更好的選擇。從極端的溫度和與地球溝通的困難來看，把望遠鏡放在月球表面的缺點比較難克服。

但是有一個非常具體的應用，月球比任何其他環境提供了一個前所未有的優勢：射電望遠鏡。由於自然和人為的原因，地球是一個巨大的「無線電雜訊」來源。即使在太空中，來自地球的信號也遍布整個太陽系。但月球為屏蔽地球的無線電信號提供了一個極好的環境，月球背面不會受到來自地球無線電信號的影響。

正如宇宙學家Joe Silk所言，月球背面是太陽系內部監視低頻無線電波的最佳位置——這是探測宇宙大爆炸留在宇宙中留下的微弱「指紋」的唯一方法。在地球上的射電望遠鏡遇到了人類活動引起的電磁污染的干擾，如海洋通信和短波廣播，從而無法獲得清晰的信號。此外，地球的電離層首先阻止了波長最長的無線電波到達地面的射電望遠鏡。

我們可以通過月球射電望遠鏡來探測到暴脹階段（宇宙大爆炸的最早期階段）的信號，以及宇宙中第一批恆星和星系的形成。雖然在地球上或太空中都有這樣做的希望，但由於與地球隔絕，月球背面比其他任何選擇提供了都更為敏感的探測能力，這是射電天文學最原始的環境。

從地球的角度來看，任何航天器在月球背面飛行都會引起我們所說的無線電中斷。無線電波不能穿過月球，這意味著在月球背面無法直接向地球發送或接收信號。只有發射類似於鵲橋號的中繼衛星，才能實現與地球與月球背面的實時通信。

不過，在月球上建造射電望遠鏡的最大障礙可能是成本。運送物質到月球，登陸月球表面，部署等等都是一項艱巨的任務。即使是最簡單的方案，一個用於無線電宇宙學的月球陣列（LARC），也由100多個簡單設計的天線組成，分布在2公里範圍內。僅僅是這個就要超過10億美元，其造價與地球上最昂貴的無線電陣列相當。只有當我們決定建造一個月球無線電陣列是值得之時，我們將會在研究宇宙起源方面取得巨大進展。

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