为什么不把天文望远镜放到月球上？

如果想要拍摄宇宙中最遥远、最未受污染的天体照片，最好的选择就是离开地球。在地球上，有各种各样的因素会影响到天文望远镜的成像能力。光污染限制了我们看得多深远，大气破坏了望远镜的分辨能力，云层和天气干扰了发光天体，太阳和地球本身阻挡了我们所看到的天空。

正因为如此，哈勃、钱德拉、费米、斯皮策等太空望远镜已经展示了太空望远镜的巨大功效，这些望远镜传回地球的图像和数据远胜于任何类似的陆基天文望远镜。那么，为什么不把天文望远镜放在真空的月球表面上呢？

乍一看，月球似乎是放置望远镜的理想位置。月球上根本没有大气，这消除了所有的光污染问题。它离地球很远，这将大大减少人类产生的信号干扰。月球自转周期将近28天，超长的夜晚意味着可以连续观测同一个目标长达14天而不受干扰。而且，有了坚实的月表作为支撑，天文望远镜不需要依靠陀螺仪或反作用轮来指向（哈勃此前因为陀螺仪故障而面临停止观测任务）。

虽然所有的这一切看似很合理，但如果思考一下月球绕地球运行的方式，以及整个月球-地球系统绕太阳运行的方式，就会发现这样的装置必然会遇到的一些问题。

首先，如果把天文望远镜放在月球上，应该是放在始终正对着地球的正面，还是放在始终背对着地球的背面？事实上，无论放在月球的哪一面都有缺陷。

如果把望远镜放在月球正面，那么，望远镜就会一直对着地球。这意味着在地球上可以向月球望远镜发送和接收信号，控制望远镜，下载和上传数据，而且这几乎是实时的。但这也意味着地球产生的干扰，如无线电广播信号、人造光源。

另一方面，如果把望远镜放在月球背面，这能有效地屏蔽来自地球的任何影响。但这也意味着没有直接的路径进行信号传输，这就要求必须有一个额外的中继装置，就像我国发射的鹊桥号中继卫星那样。

不管怎样，在月球假设望远镜都会遇到很多问题，而这些问题是在进入行星际空间中时不会遇到的。最大的问题有两个：

（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，这足以使月球出现相当多的月震。

（2）极端温度。由于月球被潮汐锁定，它的自转速度很慢。月球会连续14天沐浴在阳光下，随后14天陷入完全黑暗之中。月球白天气温可以超过100 ℃，而晚上则会冷到-173 ℃。

虽然运行在太空中的望远镜可以通过主动或被动冷却（或两者兼而有之）来控制温度，但望远镜必须冷却到它将要观测的波长所对应的温度以下，否则噪音会淹没想要接收的信号。这对于紫外、光学或红外天文学来说是一个巨大的缺陷，所有这些都将在月球上产生严重的问题，除了地球或太阳这样巨大的观测目标之外。

设计一架能够在极端温度下仍能保持最佳工作状态的望远镜是一项巨大的挑战。毫无疑问，人类目前唯一放置在月球上的望远镜是位于月球正面的一架紫外望远镜。由于紫外线几乎会被地球大气吸收，所以这种望远镜需要处于地球大气之外的真空环境中。

对于大多数应用来说，把望远镜送到太空中将是比去月球更好的选择。从极端的温度和与地球沟通的困难来看，把望远镜放在月球表面的缺点比较难克服。

但是有一个非常具体的应用，月球比任何其他环境提供了一个前所未有的优势：射电望远镜。由于自然和人为的原因，地球是一个巨大的“无线电噪声”来源。即使在太空中，来自地球的信号也遍布整个太阳系。但月球为屏蔽地球的无线电信号提供了一个极好的环境，月球背面不会受到来自地球无线电信号的影响。

正如宇宙学家Joe Silk所言，月球背面是太阳系内部监视低频无线电波的最佳位置——这是探测宇宙大爆炸留在宇宙中留下的微弱“指纹”的唯一方法。在地球上的射电望远镜遇到了人类活动引起的电磁污染的干扰，如海洋通信和短波广播，从而无法获得清晰的信号。此外，地球的电离层首先阻止了波长最长的无线电波到达地面的射电望远镜。

我们可以通过月球射电望远镜来探测到暴胀阶段（宇宙大爆炸的最早期阶段）的信号，以及宇宙中第一批恒星和星系的形成。虽然在地球上或太空中都有这样做的希望，但由于与地球隔绝，月球背面比其他任何选择提供了都更为敏感的探测能力，这是射电天文学最原始的环境。

从地球的角度来看，任何航天器在月球背面飞行都会引起我们所说的无线电中断。无线电波不能穿过月球，这意味着在月球背面无法直接向地球发送或接收信号。只有发射类似于鹊桥号的中继卫星，才能实现与地球与月球背面的实时通信。

不过，在月球上建造射电望远镜的最大障碍可能是成本。运送物质到月球，登陆月球表面，部署等等都是一项艰巨的任务。即使是最简单的方案，一个用于无线电宇宙学的月球阵列（LARC），也由100多个简单设计的天线组成，分布在2公里范围内。仅仅是这个就要超过10亿美元，其造价与地球上最昂贵的无线电阵列相当。只有当我们决定建造一个月球无线电阵列是值得之时，我们将会在研究宇宙起源方面取得巨大进展。