技術上可行。這種想法有點像科學家們用來給黑洞拍照的“事件視界望遠鏡”，綜合世界各地天文望遠鏡天線捕獲訊號，相當於組成了口徑相當於地球的望遠鏡。

地球上目前已經有不少觀測基地，地面觀測仍是天文觀測中最重要的，這些望遠鏡是近幾十年陸續建設起來的，多建設在乾燥、大氣條件優良、人類社會電磁干擾較弱的區域。月球相較地球確實有很多優勢，沒有大氣，並且可以遮擋太陽風的影響，確實可以作為一個極佳的觀測場所，科學家們不是不想在月球建設觀測基地，中國嫦娥四號算是一個先行者吧，搭載有低頻射電探測儀，進行低頻射電觀測試驗，但是由於登陸架設望遠鏡的難度要比只發射到太空艱難得多，花費的資金就會很多。

為了觀測黑洞，科學家們將地球上的一些望遠鏡捕獲的訊號聚集在一起，相當於構造了一個口徑相當於地球的大型望遠鏡矩陣，用來對銀河系中央的人馬座A黑洞拍照。在月球上當然也可以用這樣的方式構造一個巨大的觀測矩陣，加入的望遠鏡越多，越利於觀測到黑洞視界外的景象。在月球上建設類似的矩陣航天發射技術也可以達到，可惜這事不是咱在這上嘴唇碰下嘴唇就行了，需要數十年的努力。至於效果會怎樣，那要看建設的望遠鏡矩陣天線數量、單個望遠鏡的觀測靈敏度精確度。

在整個地月系中，最好的天文觀測環境地就是月球的背面了，可以預見的是，這裡在將來肯定會建造大型天文望遠鏡。

眾所周知，月亮總是以一面向著地球，這是因為月球已經被地球引力潮汐鎖定，因此當它圍繞地球執行的時候，每公轉一週它也就自轉一圈，因此在月亮上面，我們所說的一月就是它上面一天。而在這一個月中，月亮的背面會有半個月的時間處於向陽面，也有半個月的時間處於背陽面，那麼在半個月的背陽面時間中，將時進行深空天文觀測的最佳時間。

這是因為當月球的背面處於背陽面的時候，那裡將不會受到太Sunny的干擾影響，同時也不會受到地球上光線、微波和無線電波的干擾影響，可以說是地月系中最為清靜和清潔的天文觀測環境。

美國下一代太空天文望遠鏡詹姆斯·韋伯望遠鏡被用來代替哈勃的位置，這家望遠鏡至今據說已花費近百億美元，其實上面有一個關鍵部件就是它上面有一個太Sunny阻隔裝置，據說用了5層高科技材料猶嫌不足。但是在月球的背面，當其處於背陽面的時候，光學望遠鏡完全不用考慮會受到太Sunny的影響，因為月球本身就阻擋了太Sunny，而且由於在月球背向地球的另一面，所以也不會受到地球上光線等輻射的影響。

月球的背面還有一個很有利的適合建造望遠鏡的條件，那就是到處都是圓圓的隕石坑，簡直就是建造大型射電望遠鏡的天然場所。中國的天眼是如今世界上最大的射電天文望遠鏡，其直徑達到了500米，但是月球的背面直徑比它大的隕石坑多了去了。所以在那裡將可以建造，口徑更大的射電望遠鏡，再加上那裡的良好觀測環境，可謂是條件不是一般的好。相信在人類進入太空時代後，那裡的某些地方終將會成為人類的一個重要的天文觀測基地。

這是一個好問題。

今天我們就來探討一下為什麼從地球上探測太空不夠，還有必要“捨近求遠”跑到月球背面架設天文望遠鏡。

讀完本文大約需要6分鐘，如果你沒耐心，可以直接跳到最後看結論。

（荒涼的月球背面，紅圈內是嫦娥4號著陸區）

提起望遠鏡，人們首先會想到經常玩的雙筒望遠鏡。這東西儘管有些也很貴很高階，但只適合於進行地面物體的觀察，拿來進行天文觀測肯定是不夠用的。

天文望遠鏡通常分為光學望遠鏡和射電望遠鏡。目前世界上在用的最大天文光學望遠鏡是設在夏威夷海拔4145米山頂WM凱克天文臺的兩臺大型望遠鏡，它們的主鏡直徑都達到10米，由36塊厚度為10釐米的六角鏡面拼接組成，透過主動光學支撐系統，使鏡面保持極高的精度。焦面成像裝置有三個：近紅外照相機、高解析度CCD探測器和高色散光譜儀。

（凱克天文臺的大型望遠鏡凱克I和凱克II）

凱克天文臺的這兩臺光學望遠鏡的重量都超過了300噸，是名符其實的大傢伙。即便如此，天文學家們還不滿足，為了觀測更遙遠的宇宙，他們還需要更大口徑的望遠鏡。目前正在智利海拔3060米高原上建設的一臺名為“極大望遠鏡（ELT）”的口徑達到了39.3米。

因為地球表層大氣透明度、折射和湍流的影響，同時也由於可見光或紅外光譜並不能完全反映宇宙演化的全部真相，天文學家們還需要另一種非光學的望遠鏡來探測宇宙，這就是射電望遠鏡，它其實就是一面無線電波的接收天線。

目前世界上最大的單體射電天文望遠鏡在哪裡，想必大家都知道，它就是位於中國貴州的500米孔徑球面望遠鏡（FAST），FAST以10釐米至4.3米的波長掃描太空，到2018年9月，FAST就已經發現了44個新的脈衝星。

（500米孔徑球面望遠鏡FAST）

軍事學家經常將一句話掛在嘴邊：“口徑即正義，射程即是真理”。其實天文學家們心裡念茲在茲的也是這一句，為了得到更清晰的影象、收到更明確的訊號、遙望更遙遠的星空，天文學家們只能不停地到處遊說，以獲取資金建設更大的天文望遠鏡。

直到哈勃空間望遠鏡被送上天空。

（哈勃空間望遠鏡）

空間望遠鏡避免了地面觀測站的許多問題，例如光汙染、電磁輻射的失真（閃爍）、一部分紅外線、紫外線、X射線和伽馬射線被地球大氣阻擋，在太空中並不存在這些問題。

哈勃望遠鏡在服役的28年時間裡歷經5次大修，它拍攝的無數張太空照片經過天文學家細心渲染之後，令全世界為之震撼。

（哈勃望遠鏡拍攝的環狀星雲，它原本是黑白照片，這絢麗色彩是根據不同波長光譜用電腦渲染的結果。這些照片為NASA爭取到了無數撥款）

對於天文學家們來說，他們的目的並不是欣賞燦爛的星空，而是探究宇宙內在的奧秘。所以公眾看起來索然無味的無線電波脈衝圖片更能讓天文學家們激動萬分。

我們之所以能在地球上繁衍生息，全依賴於這顆星球稠密大氣層和磁場為億萬生命提供了保護。

通常認為地球大氣層最厚的地方達到1萬公里，最新的觀測結果表明地球大氣層的邊緣甚至達到60多萬公里的高空，只不過那裡的大氣極其稀薄，幾乎可以忽略不計（天文學家們並不這麼認為，他們覺得再稀薄的空氣對遙遠宇宙的精確觀測都有負面影響）。

（地球大氣分層示意圖）

地球大氣自下而上通常分為：對流層（0-12公里），平流層（12-50公里），中間層（50-80公里），電離層（80-1000公里）和外逸層（1000公里以上）。事實上大氣的電離從距地面60公里的高空就已經開始了，這裡被稱為D層。

天體物理學家將地球的電離層自下而上劃分為D層（60-90公里），E層（90-150公里）和F層（150-1000公里）。

（地球大氣電離層的分層）

為什麼科學家如此重視我們大氣的電離層呢？因為電離層可以阻擋和反射無線電波訊號，這些訊號無論是對於地面通訊還是天文觀測來說都極其重要。一個有意思的現象是：無線通訊專家們需要一個穩定的電離層，但天文學家們卻不需要它，他們甚至十分討厭電離層的存在。

太陽每時每刻都在向外輻射強烈的宇宙射線，當太陽輻射能量到達地球大氣層時，它會將外層大氣分子的原子與它外層電子剝離開來，於是大氣層的外層就充滿了帶負電的自由電子和帶正電荷的離子。由於大氣的外層空氣稀薄，它的粒子被完全電離（這裡又被稱為磁層）；而內層大氣因為受到強烈磁場的保護，同時相當多的太陽輻射被電離層阻擋，因此只有一部分的氣體被電離。

1924年，英國科學家阿普頓證明了上層大氣有電離層存在，並且透過電離層對電磁波反射的原理成功實現了遠距離的無線電通訊。自此，人類邁入了短波無線電通訊的時代。

1930年，美國無線電工程師卡爾央斯基發現銀河系的無線電輻射，從此天文學家又增加了一個重要的射電探測視窗。得益於射電波段大氣透明的特性，射電天文學發展迅速，科學家們先後發現了脈衝星、測量到宇宙背景輻射強度，迎來天文學的一次重大變革。

（在7.5釐米-15米波段之間，大氣層對射電望遠鏡幾乎是“透明”的）

但天文學家對這樣的成果並不滿意。由於大氣電離層對空間輻射的吸收、折射、反射以及閃爍效應，會引起低頻訊號強度弱化甚至嚴重變形，加上地面其它無線通訊設施的電波干擾，導致射電望遠鏡只能在30MHz到100GHz之間正常工作，對於30MHz以下的極低頻訊號探測甚少觸及，而極低頻觀測能為進一步理解第一代恆星、星系的形成和宇宙的物理現象提供進一步的資料。

鑑於極低頻射電觀測對宇宙學的研究有不可替代的作用，世界各主要天文臺都試圖將射電望遠鏡送出大氣層，讓它們跳出電離層來觀測太空。其中美國從1968年開始就陸續發射了多顆極低頻射電探測器到地球軌道和繞月軌道，從那裡對地球磁層和太陽射電暴等天文現象進行了觀測。由於技術不成熟、地球電波干擾以及探測器天線間干擾等原因，美國的這些觀測未能取得有效的科學資料，但它至少為太空極低頻觀測開了先河，也積累了寶貴的經驗。

美國於1975年發射RAE-2探測器在繞月軌道對地球磁場進行過探測，但他們沒有在月球表面進行過類似的空間探測活動。

2018年底，嫦娥4號月球探測器在月球背面艾特肯盆地馮·卡門撞擊坑的預選著陸區成功著陸，它一次就攜帶了4個極低頻射電觀測裝置，覆蓋的頻段從0.1MHz到40MHz，頻譜解析度從5KHz到100KHz，動態範圍在75dB以上。與此同時，我們還與荷蘭共同研發了一臺低頻探測器NCLE，NCLE搭載在“鵲橋號”中繼衛星上，在地月拉格朗日L2點探測宇宙黑暗時代訊號、太陽系行星極光輻射、測定所在位置微波輻射強度、研究地球電離層等。

（嫦娥4號搭載了多個極低頻空間探測器）

在月球背面進行極低頻射電探測的優點在於，它穩定並精確；同時月球本身作為一個天然的濾波器，它阻擋了絕大部分來自地面的無線電波干擾，還沒有電離層帶來的麻煩。因此包括美國和歐洲航天局在內很早就開始計劃在這裡建設大型的空間望遠鏡。

從1964年開始的許多年中，美國和歐洲不斷有人提出在月球背面建設空間射電望遠鏡的設想，有些還提出了具體的建設計劃。

1992年，美國休斯公司提出月基天文低頻陣列（ALLFA），他們耗時8年設計，希望在月球的恰普雷斯環形山建設一個巨大橢圓形的天線陣列，同時在拉格朗日L2 點發射中繼衛星用於資料傳輸，這個計劃最終流產。

1993年，國際空間大學（ISU）提出了國際月球背面天文臺和科學站計劃（ILFOSS），計劃搞得很細很具體，最後也是不了了之。

......

1997年，歐空局提出月球背面甚低頻陣（VLFA），著陸地點跟ILFOSS一樣都是在奧爾科夫斯基隕石坑。

2015年，歐空局又搞了一個FARSIDE計劃，打算於2020年向月球背面發射著陸器，建設一個月基空間射電望遠鏡。這一次不知道能不能搞成。

（歐空局的月基望遠鏡計劃與嫦娥4號任務對比）

由以上分析我們可以看出：由於月球沒有大氣和電離層，並且月球本身距離地球有38萬公里之遙，它本身又是一個良好的電磁濾波器，以月球為基地在月球的背面建設大型空間射電望遠鏡不僅可行，如果在技術上處理得當，它的效果一定要遠遠好於從地面觀測宇宙。

（想象中的月球空間基地）

考慮到有許多技術問題需要解決，加之建設成本高昂，各個國家的財力限制，即使是“不差錢”的美國和歐洲，他們的很多設想長期以來都只能停留在紙面上。相信未來人類若真的想在月球建設一個大型空間探測平臺或科研基地，一定離不開國際間的合作，否則單憑一國之力很難搞得成。

至於說“巨大”，其實只要能得到“乾淨”的訊號，望遠鏡的口徑並不一定越大越好。況且大意味著高建設成本和長建設週期，最後往往得不償失。更不用說“把整個月球背面都改造成天文望遠鏡”了。

說說看，你心目中的月球基地會是什麼樣子呢？

把月球背面改造天文望遠鏡這個問題我不知道從何談起。但是如果要說把月球當做一個天文望遠鏡平臺，那絕對是一個理想的觀測場地，效果絕對比地球好得多！

相對月球的真空環境，對於人類而言，是無法生存之地，但是對於觀測裝置而言，卻是絕佳的地方。早些年前，許多國家包括中國在內其實都有考慮在月球建立觀測點，不過技術方面的制約和巨大的經濟花費讓世界到目前為止也沒有哪個國家說建立過。

月球觀測點具有地球沒有的幾大優勢！首先就是沒有大氣層的阻隔，我們知道大氣層對有些波段具有阻隔的作用，這對於一些微弱的光學訊號的接收是非常不利的。而月球並沒有大氣層，有利於觀測，這是一個優勢。

其二，月球具有地球不具備的穩定性，我們知道，地球由於地質存在運動，這些運動處了地震，是沒有辦法感知的。藉助於探測儀器你會發現，地球其實熱鬧非凡啊。許多精密儀器對於測量的精準度要求是非常高的，稍微晃動都會造成資料的不準確。而月球早就沒有了地質運動，雖然偶爾有月震現象，但是能量釋放非常微弱。這種非常穩定的地質對高精度裝置非常有利。

最後一點，月球的長週期性自轉，我們地球24小時就一個白天和黑夜的交替，而月球大約需要27天左右，也就是說可以一個夜晚持續13天之久，對於觀測大大有利。白天是不利於觀測的。

相對於發射上宇宙空間的望遠鏡，比如哈勃望遠鏡，雖然也具有優勢，但是屬於移動觀測點，也就是說必須具備速度執行，這種也會影響觀測效果。所以月球如果能建立觀測點，效果自然是不用多說的。