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月球或能“变身”天体物理实验室
【今日视点】
近几十年来，亘古荒凉的月球表面开始变得不一样。中国和美国都向月球派遣了多款探测器，也计划将宇航员送往月球表面。与此同时，月球正成为热门科研目的地，全球众多科研团队在绘制蓝图，试图将其打造成史上最尖端的天体物理实验室，这可能实现吗？
英国《新科学家》网站近期报道，正在或即将于月球上部署的大型科学实验装置与天文设备，的确有望解开诸多宇宙之谜。一些长期困扰人类的疑问，或将在这片银色荒原找到答案。
绘制“宇宙黑暗时代”全景图
无线电波是探索遥远宇宙奥秘的关键钥匙。虽然人们能利用各种波长的光观测恒星与星系的“蛛丝马迹”，然而唯有通过无线电波，才能窥见宇宙第一缕曙光诞生前的“宇宙黑暗时代”。这段时期为后续星系的形成奠定了基础，而要想解开它的秘密，必须捕捉到宇宙大爆炸约38万年后第一批氢原子释放的光子所携带的信息。
然而，这些最古老的光子仅以低频无线电波的形式存在。在地球上，它们或被大气层反射，或被人类活动产生的噪音淹没，几乎无法捕捉。而月球背面这片永远背对地球的寂静之地，或许正是观察它们的理想窗口。通过分析这些原始光子的分布，天文学家有望绘制出“宇宙黑暗时代”的全景图。
不仅如此，月球背面的射电望远镜还能捕捉系外行星的极光与磁场信号，这些微弱信息在地球上同样难以分辨。此类研究将帮助科学家理解系外行星的环境，甚至探寻生命存在的可能性。
月球还能大幅提升事件视界望远镜(EHT)的观测能力。EHT曾拍摄首张黑洞照片，而月球表面的无线电观测站若与地球望远镜联网，将使其成为更强大的“宇宙之眼”。更高精度的黑洞照片不仅能揭示这些神秘天体的本质，还能进一步验证引力理论。
作为首个月球射电天文实验，NASA的“光电鞘月球表面无线电波观测仪”(ROLSES-1)去年在月球南极附近着陆。尽管其意外倾倒，数据收集能力受限，但仍成功捕捉到来自地球和木星的无线电信号，证明了月球观测的可行性。
“月球表面电磁学实验”(LuSEE Night)将于2026年启动，目标是探测银河系的低频光，向“宇宙黑暗时代”的终极答案更进一步。而NASA的“月球陨石坑射电望远镜”拟在月球背面的陨石坑内架设直径350米至1公里的巨型网状天线。若成功，它将成为人类历史上最大的射电接收器之一，凭借它可以听到古老宇宙的“喃喃低语”。
研究“时空涟漪”的科学平台
在探索宇宙奥秘的征途上，月球正成为研究引力波——“时空涟漪”的理想平台。
目前，地球上的科学家已成功捕捉到双黑洞合并、双中子星碰撞等天体事件产生的引力波。他们希望未来能捕捉更多引力波，进一步揭示黑洞、中子星和引力的本质。
然而，地面观测面临诸多挑战。美国激光干涉仪引力波天文台(LIGO)必须排除地震、水流、潮汐乃至人类活动带来的干扰。相比之下，月球堪称理想的观测地点。这里地震活动微弱，没有大气扰动，更无人为噪音。更重要的是，月球表面的气压仅比LIGO精心维持的真空管高出十倍。
意大利格兰萨索科学研究所天文学家简·哈姆斯认为，在月球上建造和运行引力波探测器将事半功倍。科学家甚至有望发现LIGO无法探测到的引力波源，比如超大质量黑洞的合并事件。美国哈佛-史密森天体物理中心的贾斯敏·吉尔表示，月球观测站还将帮助科学家研究超新星爆发时的核心坍缩过程，揭示恒星如何蜕变为中子星或黑洞的奥秘。
目前，科学家已着手研发“激光干涉仪月球天线”(Luna-LIGO)。根据计划，3台携带精密仪器的着陆器将部署在月球陨石坑边缘，彼此间隔数公里。每个着陆器都将配备激光系统、反射镜和先进的隔振装置，以消除月震的微弱干扰。这一系统有望在未来十年内升空。
欧洲空间局也在推进“月球引力波天线”(LGWA)计划。在月球两极的永久阴影区，温度可低至-246℃以下，这种极端环境将极大提升探测灵敏度。在陨石坑底部部署一组振动传感器，就可能探测到地球上无法捕捉的远古黑洞等天体产生的引力波。这些突破将为科学家打开观测早期宇宙的新窗口。
下一代红外天文台的理想家园
近年来，詹姆斯·韦布空间望远镜凭借先进的红外观测技术，获得了突破性观测图像，正在重塑人们对宇宙演化的认知。而月球上那些深邃的陨石坑，或许将成为下一代红外天文台的理想家园。
巴黎天体物理研究所的让-皮耶尔·美拉德正领导一项研究，探索在月球永久阴影区建造红外望远镜的可能性。这些天然形成坑洞的凹形结构，本身就是完美的望远镜基座。月球微弱的引力环境还允许建造超大口径镜片，这是在地球重力场下无法实现的梦想，因为地球引力会导致镜面玻璃变形。
美拉德的研究表明，月球红外望远镜的灵敏度可能远超现有任何地基或天基观测设备。哈佛-史密森天体物理中心的马丁·埃尔维斯表示，在月球上，很多技术难题迎刃而解。
然而，这项宏伟计划面临着一个棘手挑战：月球尘埃。美国科罗拉多大学博尔德分校物理学家米哈伊·霍拉伊表示，月球上的尘埃会在月球的日出和日落时漂浮，原因至今未明。这种异常行为不仅可能干扰红外观测，还会影响引力波探测器和射电仪器工作。在建造任何月球天文台前，科学家必须彻底研究月球尘埃的特性。此外，未来的月球观测站还需应对强烈的宇宙辐射和昼夜之间的巨大温差。
(来源：科技日报 本报记者 刘 霞) 【编辑:惠小东】