低頻射電波段的觀測是揭開宇宙起源的關鍵，而地球的電離層干擾、人類活動噪聲和地理位置限制，讓觀測這一波段變得困難。

于是，科學家們將目光投向了月球背面，那里或許藏著解開宇宙奧秘的“鑰匙”。

低頻射電望遠鏡

射電望遠鏡是一種專門用于接收和分析來自宇宙的射電波（無線電波）的天文觀測設備。它通過捕捉天體發出的射電波信號，幫助科學家研究宇宙的結構、演化以及各種天體的物理性質。而低頻射電望遠鏡是專門用于觀測低頻射電波（頻率在幾十兆赫到幾百兆赫之間）的射電望遠鏡。

當前天文學界的主流觀點認為，宇宙起源于一個質量無窮大、溫度無窮高、體積無限小的奇點（大爆炸宇宙論所追溯的宇宙演化的起點）的爆炸，此后誕生了時間、空間以及基本粒子物質。

在宇宙膨脹早期，天體尚未形成，宇宙處于簡單粒子的“一鍋湯”狀態，只有特定粒子產生的低頻射電電磁波，其他波段的電磁波均不可見，因此被稱為“宇宙黑暗時期”。此后，宇宙第一批恒星、星系以及大尺度結構開始形成，各種波段的信號逐漸顯現，低頻射電信號更加豐富，此時的宇宙被稱為“黎明時期”。

然而，這只是當前宇宙學的理論模型，宇宙是否真的從大爆炸到“宇宙黑暗時期”“黎明時期”逐漸演化到當前狀態，需要科學家從觀測上去證實。低頻射電波段的觀測是驗證宇宙起源理論的最重要方式。

科學家已經在地球上建造了大量的射電望遠鏡，我們為什么還要飛到月球背面去建造低頻射電望遠鏡呢？

月之暗面

月球是地球唯一的天然衛星，被地球潮汐鎖定，一面永遠朝向地球，另一面永遠朝向外太空，背面因此適合建造望遠鏡。月球背面朝向外太空，遭受的隕石撞擊更多，表面更加“坑坑洼洼”。月之暗面建造望遠鏡有哪些天然優勢呢？

低引力

月球引力只有地球的1/6，理論上能支持更大的望遠鏡結構。世界最大單口徑射電望遠鏡——“中國天眼”，直徑500米，有效口徑300米；而月球理論上能支持最高口徑約10千米的望遠鏡。從理論上估算，月球上建造的望遠鏡靈敏度將至少提高400倍。

此外，月球上到處都是天然的圓形隕石坑，非常適合鋪設大口徑的望遠鏡反射面板。由于引力低且無地質活動，月球表面相對平整，適合鋪設大面積的望遠鏡干涉陣列。

零大氣

月球沒有大氣層（包括電離層），表面是近真空狀態。這意味著月球對所有電磁波頻段都是全透明的，沒有任何吸收、散射或折射。地球電離層會對低頻信號進行吸收散射，導致信號混疊，而月球表面完全規避了這一不利因素。

零干擾

月之暗面背離地球，繞月衛星極少，因此完全屏蔽了各種人造射電干擾。這不僅保證了數據質量，還排除了未知信號帶來的誤判。

超低溫

宇宙真空溫度在零下273攝氏度左右，而地球大部分溫度一般在零上，晝夜溫差通常只有十多度，這是因為地球大氣的存在。然而，這種機制不利于望遠鏡觀測。由于天體信號通常很弱，電子儀器在將電信號轉換成數字信號時，如果溫度過高，電信號會夾雜很多電子運動帶來的漲落（熱噪聲）。

月球表面溫度在沒有太陽照射時約為零下170攝氏度，接近液氮溫度，這意味著月球表面建造望遠鏡的制冷成本極低，尤其是大型干涉陣列。地球表面的干涉陣列很難實現對每個望遠鏡單元進行低溫制冷，而月球表面則實現了干涉陣列的零成本制冷。

“暗面”的“曙光”

我國科學家提出，在月球背面建造一個巨型望遠鏡陣列的設想，被稱為“月基平方公里陣列望遠鏡”。該陣列工作頻段可覆蓋1～100兆赫波段，包含約7200個望遠鏡單元，采用圓環形陣列布局，分布范圍達30千米以上。

月之暗面望遠鏡的建設是一個極其復雜的系統性工程，涉及科學設備、火箭運載、衛星通信、人工智能建造、人工智能觀測以及人工智能數據處理等多領域學科融合。每一個階段都是高成本的建設，每一個環節都是高精尖科技的突破。例如，月表晝夜溫差問題、維護問題、太陽及高能粒子對電子元件的損傷問題，以及月基時間、空間坐標的建立問題等。

月之暗面的射電望遠鏡探測在未來將是人類認識宇宙的希望之曙光，其科學探索將牽引并推動多領域科技發展創新，具有極高的科學研究意義與社會經濟效益，同時也能進一步提高我國的科學軟實力和航天尖端科技影響力，值得我們投入更多的關注。“暗面”的“曙光”即將到來，諸多挑戰也會不斷涌現，期待科學家在未來勇敢面對、不斷前行。

責任編輯｜趙青云 岳裊（實習）

運營編輯｜趙青云

質量審核 | 王維嘉 李雅欣

圖文來源 | 《知識就是力量》雜志《飛到月球背面建望遠鏡》，撰文/袁懋（中國科學院國家空間科學中心），原文有刪改，原創作品轉載請注明來源。

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