“超級(jí)天文臺(tái)”搬上月球：人類找到觀測(cè)宇宙的“六邊形戰(zhàn)士”

原文發(fā)表于《科技導(dǎo)報(bào)》2026 年第5 期 《 月基天文觀測(cè)研究進(jìn)展 》

《科技導(dǎo)報(bào)》邀請(qǐng)中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院王匯娟副研究員、鄧元勇研究員、姜曉軍研究員撰寫(xiě)文章，闡述了月基相對(duì)其他觀測(cè)平臺(tái)所具有的建設(shè)空間等優(yōu)勢(shì)，回顧了月基天文觀測(cè)的發(fā)展歷程，分析了月基天文觀測(cè)正在面臨的戰(zhàn)略機(jī)遇以及挑戰(zhàn)，并展望了月基天文觀測(cè)的未來(lái)發(fā)展前景。

在人類進(jìn)入太空開(kāi)展天文觀測(cè)一甲子后，天文學(xué)進(jìn)入了快速發(fā)展的階段，極大促進(jìn)了天文學(xué)及相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，完美詮釋了天文觀測(cè)臺(tái)址“城市—郊區(qū)—遠(yuǎn)山遠(yuǎn)海—空間”這一演變歷史所帶來(lái)的極大回報(bào)。而月球的天文觀測(cè)條件兼具地基和天基觀測(cè)優(yōu)勢(shì)，幾乎可以滿足所有的天文觀測(cè)需求，有望成為天文觀測(cè)臺(tái)址自然進(jìn)化下一階段的優(yōu)選。

目前已成功著陸月表并開(kāi)展月基天文觀測(cè)的任務(wù)主要包括：1972年美國(guó)“阿波羅16號(hào)”（Apollo 16）任務(wù)首次實(shí)現(xiàn)人工短暫月基遠(yuǎn)紫外天文觀測(cè)；2013—2019年中國(guó)“嫦娥三號(hào)”任務(wù)首次實(shí)現(xiàn)無(wú)人長(zhǎng)期近紫外月基天文巡天觀測(cè)；2019年中國(guó)“嫦娥四號(hào)”任務(wù)首次在月球背面進(jìn)行了超寬帶甚低頻射電天文信號(hào)觀測(cè)；2024年美國(guó)的“奧德修斯號(hào)” （Odysseus /IM?1）開(kāi)展了低頻射電頻段天文觀測(cè)，并首次在3~22 MHz頻段從月表觀測(cè)了銀河低頻背景；2025年美國(guó)的“藍(lán)色幽靈”（Blue Ghost 1）任務(wù)開(kāi)展了軟X射線天文觀測(cè)。

隨著中國(guó)倡導(dǎo)的國(guó)際月球科研站（ILRS）計(jì)劃、美國(guó)主導(dǎo)的“阿爾忒彌斯”（Artemis）計(jì)劃、歐洲航天局（ESA）牽頭的“新世界”（Terrae Novae）計(jì)劃的不斷推進(jìn)，探測(cè)模式從單次任務(wù)發(fā)射向構(gòu)建長(zhǎng)久存在的月球科研和應(yīng)用基地轉(zhuǎn)變，大規(guī)模、超高精度、超長(zhǎng)期連續(xù)穩(wěn)定觀測(cè)運(yùn)行的月基天文觀測(cè)平臺(tái)建設(shè)也迎來(lái)最佳時(shí)機(jī)。

1 月基天文觀測(cè)優(yōu)勢(shì)

1）全波段：所有在地面不能觀測(cè)的波段均可以在月基開(kāi)展觀測(cè)，與空間觀測(cè)相當(dāng)。

2）長(zhǎng)壽命：月基天文臺(tái)環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定，可以長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定地工作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)幾十年量級(jí)壽命。

3）規(guī)模性：理論上，月基天文臺(tái)可以發(fā)展成為和地基天文臺(tái)一樣的大規(guī)模綜合型天文臺(tái)，其建設(shè)可以分階段進(jìn)行。

4）穩(wěn)定性：月基望遠(yuǎn)鏡相對(duì)天基具有更高穩(wěn)定性，月基更有利于開(kāi)展高精度天文觀測(cè)。

5）連續(xù)性：月球自轉(zhuǎn)一周比地球慢近26倍，因此，對(duì)大天區(qū)范圍內(nèi)的目標(biāo)能實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的連續(xù)觀測(cè)時(shí)間，更有利于時(shí)域天文觀測(cè)。

6）干擾小：月基望遠(yuǎn)鏡位于主要地冕層外，因此，紫外波段干擾小；另外，月背利用月球遮擋，可以有效減少來(lái)自地球的射電背景、地磁、反照等干擾。

7）低重力：月球表面的重力約為地球的1/6，且無(wú)大氣影響，更有利于更大口徑望遠(yuǎn)鏡建設(shè)。

8）高回報(bào)：建設(shè)和維護(hù)一個(gè)大型月基天文臺(tái)的投入性價(jià)比無(wú)疑更高；此外，月基天文觀測(cè)是全人類的事業(yè)，可有效提升中國(guó)的國(guó)際地位。

地基、天基和月基的天文觀測(cè)特點(diǎn)比較情況見(jiàn)表1。

表1 地基、天基、月基天文觀測(cè)特點(diǎn)對(duì)比

2 月基天文觀測(cè)的主要?dú)v程和成果

2.1 “阿波羅16號(hào)”任務(wù)攜帶的遠(yuǎn)紫外成像/攝譜相機(jī)

最早的月基天文觀測(cè)可追溯到1972年4月，美國(guó)的“阿波羅16號(hào)”任務(wù)在月面笛卡爾高地開(kāi)展了遠(yuǎn)紫外天文/對(duì)地觀測(cè)實(shí)驗(yàn)。口徑約7.5 cm的遠(yuǎn)紫外成像/攝譜相機(jī)（FUCS，圖1）拍攝了地球的遠(yuǎn)紫外圖像（Lyman?α波段，121.6 nm），獲取了地球上層大氣（氫層）的全球分布等數(shù)據(jù)；同時(shí)，該相機(jī)也對(duì)大麥哲倫云等若干天體目標(biāo)進(jìn)行了觀測(cè)，初步驗(yàn)證了月基天文觀測(cè)平臺(tái)的可行性。

圖1 阿波羅16號(hào)任務(wù)攜帶的遠(yuǎn)紫外成像/攝譜相機(jī)

2.2 “嫦娥三號(hào)”月基紫外望遠(yuǎn)鏡

2013年12月，“嫦娥三號(hào)”著陸器成功部署于月球雨海地區(qū)，搭載的月基紫外望遠(yuǎn)鏡（LUT）成為人類首臺(tái)在月面長(zhǎng)期運(yùn)行的天文望遠(yuǎn)鏡。LUT位于“嫦娥三號(hào)”著陸器內(nèi)部，“嫦娥三號(hào)”著陸器左上角向上打開(kāi)的為望遠(yuǎn)鏡鏡蓋（圖2（a））。主要對(duì)北天極附近局部天區(qū)開(kāi)展了近紫外波段巡天并對(duì)銀河系內(nèi)變星等天體進(jìn)行了長(zhǎng)期觀測(cè)，圖2（b）中的黑色區(qū)域表示巡天觀測(cè)覆蓋的2400平方度天區(qū)。該任務(wù)構(gòu)建并釋放了局部天區(qū)近紫外巡天星表；對(duì)多顆處于特殊演化階段的雙星系統(tǒng)進(jìn)行持續(xù)觀測(cè)，獲取了覆蓋完整軌道周期的光變曲線，通過(guò)模型擬合計(jì)算了主星和次星的質(zhì)量等參數(shù)。

圖2 月基紫外望遠(yuǎn)鏡（a）和月基紫外望遠(yuǎn)鏡完成的2400平方度巡天天區(qū)覆蓋示意（b）

2.3 已發(fā)射的其他月基天文觀測(cè)任務(wù)

在“嫦娥三號(hào)”后，包括中國(guó)、美國(guó)、歐洲、日本、印度和俄羅斯等在內(nèi)的多個(gè)國(guó)家機(jī)構(gòu)和高校開(kāi)展了月基天文觀測(cè)任務(wù)，多家商業(yè)公司的加入也為月面多樣化探測(cè)和觀測(cè)技術(shù)驗(yàn)證提供了更多選擇。目前已成功著陸且開(kāi)展觀測(cè)的主要月基天文觀測(cè)任務(wù)見(jiàn)表2。

表2 已成功著陸且開(kāi)展觀測(cè)的主要月基天文觀測(cè)任務(wù)

2.4 月基天文觀測(cè)的國(guó)際趨勢(shì)

月球探測(cè)正從單次任務(wù)零散發(fā)射向長(zhǎng)久存在的月球科研基地規(guī)模化構(gòu)建轉(zhuǎn)變，月基天文觀測(cè)也隨之從單一波段探測(cè)向規(guī)模化多譜段綜合探測(cè)發(fā)展。

目前全球已形成中國(guó)倡導(dǎo)的國(guó)際月球科研站、美國(guó)主導(dǎo)的“阿爾忒彌斯”、歐洲航天局牽頭的“新世界”3大計(jì)劃同臺(tái)競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì)，各國(guó)正逐步推進(jìn)月球科研基地的規(guī)劃與建設(shè)，推動(dòng)月基天文從短期觀測(cè)與技術(shù)驗(yàn)證走向長(zhǎng)期觀測(cè)與系統(tǒng)性科學(xué)產(chǎn)出。

3 獨(dú)特的月基天文觀測(cè)科學(xué)

未來(lái)隨著地月空間運(yùn)輸和月面著陸技術(shù)的發(fā)展，并考慮到月面觀測(cè)設(shè)備可通過(guò)定期維護(hù)實(shí)現(xiàn)幾十年量級(jí)壽命等因素，月面天文觀測(cè)成本可有效降低，聚焦更廣泛的天文科學(xué)的觀測(cè)設(shè)備有望建到月面。部署到月面開(kāi)展的天文觀測(cè)需具備以下全部或部分特點(diǎn)：

• 一是需要超高精度、長(zhǎng)時(shí)間基線的連續(xù)觀測(cè)能力。

• 二是需要特殊譜段、超寬譜段觀測(cè)能力。

• 三是需要超高數(shù)據(jù)回訪頻率、超大天區(qū)觀測(cè)能力。

• 四是需要成長(zhǎng)型、規(guī)模化建設(shè)模式。

具備以上特點(diǎn)的月基天文觀測(cè)科學(xué)主要包括但不限于以下方面。

一是開(kāi)展月基紫外?光學(xué)?紅外超寬譜段覆蓋的超高精度多波段同時(shí)巡天與精細(xì)觀測(cè)，構(gòu)建動(dòng)態(tài)更新的完備紫外星表，聚焦星系演化、暫現(xiàn)源、行星宜居性等研究，可根據(jù)科學(xué)需要逐步配置測(cè)光、光譜、成像、偏振、干涉等觀測(cè)模式，其局部工作場(chǎng)景示意見(jiàn)圖3。

圖3 月基紫外?光學(xué)?紅外超寬譜段巡天/精測(cè)觀測(cè)模塊局部工作場(chǎng)景示意

二是開(kāi)展月背高精度超長(zhǎng)波全天頻譜和全天圖像觀測(cè)，探測(cè)宇宙黑暗時(shí)代與黎明信號(hào)和低頻射電源，聚集宇宙早期演化歷史等研究，其月背低頻射電探測(cè)陣列天線子站設(shè)計(jì)見(jiàn)圖4。

圖4 月背低頻射電探測(cè)陣列天線子站設(shè)計(jì)

三是開(kāi)展地?月甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量（VLBI）觀測(cè)，聚焦活動(dòng)星系核吸積流和噴流、黑洞視界面精細(xì)結(jié)構(gòu)等研究。

四是開(kāi)展月基MeV譜段巡天和偏振觀測(cè)，聚焦高能宇宙線起源和加速機(jī)制、伽馬射線暴爆發(fā)機(jī)制等研究。

五是開(kāi)展月基分赫茲引力波觀測(cè)，聚焦中等質(zhì)量黑洞探測(cè)等研究。

4 月基天文觀測(cè)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

4.1 月基天文觀測(cè)的機(jī)遇

1）月面投送能力發(fā)展迅速。得益于國(guó)際月球科研站、“阿爾忒彌斯”“新世界”等國(guó)際月球探測(cè)計(jì)劃的推進(jìn)，地月空間運(yùn)送載荷質(zhì)量和外包絡(luò)尺寸都將有大幅提升。同時(shí)，月面投送能力正從單純的探測(cè)器著陸向支持人與機(jī)器人協(xié)同部署大型設(shè)施能力發(fā)展，為在月面構(gòu)建口徑更大、能力更強(qiáng)的大型天文望遠(yuǎn)鏡/陣提供了工程可行性。

2）新質(zhì)生產(chǎn)力提供關(guān)鍵助力。人工智能（AI）技術(shù)的深度賦能，為月面原位觀測(cè)策略自主智能規(guī)劃與實(shí)施、海量數(shù)據(jù)智能處理與分析、科研成果智能分享、適配不同文化背景的天文科普作品生成與發(fā)布等科研新范式提供全鏈條革命性工具。

3）月面能源瓶頸有望突破。空間/月基太陽(yáng)能與核能技術(shù)的快速發(fā)展也為月面天文觀測(cè)設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)，為未來(lái)大型天文望遠(yuǎn)鏡/陣的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行和原位數(shù)據(jù)處理分析提供穩(wěn)定、可靠的能源保障。

4）商業(yè)公司有望雙向奔赴。商業(yè)公司以其對(duì)特定專業(yè)領(lǐng)域聚焦深耕、技術(shù)迭代周期快、融資相對(duì)靈活等優(yōu)勢(shì)和對(duì)賦能自身科技價(jià)值的需求，有望成為傳統(tǒng)國(guó)家隊(duì)的有力補(bǔ)充，在未來(lái)月基天文觀測(cè)能力建設(shè)中發(fā)揮獨(dú)特作用。

5）務(wù)實(shí)的國(guó)際合作實(shí)現(xiàn)共贏。月基天文觀測(cè)是全人類的事業(yè)，具有天然的國(guó)際合作屬性，既需要各個(gè)國(guó)家基于自身特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)在不同環(huán)節(jié)和以不同深度加入并貢獻(xiàn)力量，又為各個(gè)國(guó)家提供了自身發(fā)展的平臺(tái)和機(jī)遇。

4.2 月基天文觀測(cè)的挑戰(zhàn)

月基天文觀測(cè)機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存，挑戰(zhàn)主要來(lái)自月面極端自然環(huán)境（晝夜溫差、月塵等）和人為活動(dòng)影響。

一是溫控挑戰(zhàn)。月球表面晝夜溫差極大，如此劇烈的溫度變化對(duì)光學(xué)平臺(tái)的穩(wěn)定性、材料疲勞壽命以及紫外和紅外望遠(yuǎn)鏡所需的低溫?zé)峥叵到y(tǒng)構(gòu)成了持續(xù)考驗(yàn)。

二是月塵挑戰(zhàn)。月球表面帶有靜電的月壤細(xì)顆粒能夠被遷移和輸運(yùn)并在空中懸浮，覆蓋光學(xué)鏡面會(huì)降低反射效率，也會(huì)對(duì)暴露和運(yùn)動(dòng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)造成損傷。

三是微流星體撞擊。微流星體對(duì)長(zhǎng)壽命月面天文觀測(cè)設(shè)備構(gòu)成穿孔風(fēng)險(xiǎn)，盡管絕大多數(shù)顆粒小于臨界穿透質(zhì)量，但累積效應(yīng)與偶發(fā)性撞擊仍威脅望遠(yuǎn)鏡鏡面安全和密封結(jié)構(gòu)壽命。

四是空間天氣影響。災(zāi)害性空間天氣對(duì)月面天文觀測(cè)設(shè)備造成的影響和空間設(shè)備幾乎等同，如何以最優(yōu)的性價(jià)比規(guī)避空間天氣的影響，將是月基天文觀測(cè)面臨的長(zhǎng)期挑戰(zhàn)。

五是人為活動(dòng)影響。月基天文觀測(cè)還會(huì)受到火箭著陸起飛、巡視器移動(dòng)等人為活動(dòng)激揚(yáng)的月塵影響、其他科研設(shè)備對(duì)觀測(cè)天區(qū)遮蔽影響、核能等供電設(shè)備可能帶來(lái)的額外輻射對(duì)望遠(yuǎn)鏡/陣觀測(cè)精度和壽命的影響。

5 結(jié)論

月基觀測(cè)平臺(tái)同時(shí)具有免受地球大氣影響、長(zhǎng)連續(xù)觀測(cè)時(shí)間基線、穩(wěn)定且開(kāi)闊的建設(shè)空間等優(yōu)勢(shì)，使其成為未來(lái)天文觀測(cè)的優(yōu)選平臺(tái)。

從20世紀(jì)70年代美國(guó)“阿波羅16號(hào)”任務(wù)首次實(shí)現(xiàn)人工短暫月基遠(yuǎn)紫外天文觀測(cè)，到21世紀(jì)10年代中國(guó)“嫦娥三號(hào)”任務(wù)首次實(shí)現(xiàn)無(wú)人長(zhǎng)期近紫外月基天文觀測(cè)，月基天文觀測(cè)技術(shù)得到穩(wěn)步提升。得益于多領(lǐng)域技術(shù)快速發(fā)展，目前以大規(guī)模、超高精度、超長(zhǎng)期連續(xù)穩(wěn)定觀測(cè)運(yùn)行為目的的多個(gè)月基天文觀測(cè)國(guó)際計(jì)劃正齊頭并進(jìn)和同臺(tái)競(jìng)爭(zhēng)，月基天文觀測(cè)在迎來(lái)歷史最佳機(jī)遇的同時(shí)也面臨著諸多技術(shù)挑戰(zhàn)。

未來(lái)，月面將建成聚焦獨(dú)特天文科學(xué)，具備稀缺譜段覆蓋、多波段和多手段協(xié)同觀測(cè)能力的月基天文觀測(cè)平臺(tái)。月球有望成為太陽(yáng)系內(nèi)人類可達(dá)且可長(zhǎng)期運(yùn)維的最佳天文臺(tái)。在當(dāng)前合作與競(jìng)爭(zhēng)并行的國(guó)際形勢(shì)下，中國(guó)亟需抓住月基天文觀測(cè)的關(guān)鍵戰(zhàn)略機(jī)遇窗口，立足長(zhǎng)遠(yuǎn)，擘畫(huà)頂層設(shè)計(jì)，合理布局和加速相關(guān)科學(xué)論證和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，開(kāi)展務(wù)實(shí)互贏的國(guó)際合作，穩(wěn)步推進(jìn)月基天文觀測(cè)能力建設(shè)，為人類探索宇宙的偉大事業(yè)貢獻(xiàn)中國(guó)智慧。

本文作者：王匯娟、鄧元勇、姜曉軍

作者簡(jiǎn)介：王匯娟，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院，副研究員，研究方向?yàn)榈鼗?天基/月基天文觀測(cè)科學(xué)與技術(shù)、恒星物理、系外行星、高精度光度與光譜探測(cè)技術(shù)；鄧元勇（通信作者），中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院，研究員，研究方向?yàn)樘?yáng)物理、天文儀器；姜曉軍（共同通信作者），中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院，研究員，研究方向?yàn)楹阈俏锢砗吞臁⒌鼗鈱W(xué)觀測(cè)技術(shù)。

文章來(lái) 源 ： 王匯娟, 鄧元勇, 姜曉軍. 月基天文觀測(cè)研究進(jìn)展[J]. 科技導(dǎo)報(bào), 2026, 44(5): 57?63 .

本文有刪改，

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