“超級天文臺”搬上月球：人類找到觀測宇宙的“六邊形戰士”

原文發表于《科技導報》2026 年第5 期 《 月基天文觀測研究進展 》

《科技導報》邀請中國科學院國家天文臺、中國科學院大學天文與空間科學學院王匯娟副研究員、鄧元勇研究員、姜曉軍研究員撰寫文章，闡述了月基相對其他觀測平臺所具有的建設空間等優勢，回顧了月基天文觀測的發展歷程，分析了月基天文觀測正在面臨的戰略機遇以及挑戰，并展望了月基天文觀測的未來發展前景。

在人類進入太空開展天文觀測一甲子后，天文學進入了快速發展的階段，極大促進了天文學及相關學科的發展，完美詮釋了天文觀測臺址“城市—郊區—遠山遠海—空間”這一演變歷史所帶來的極大回報。而月球的天文觀測條件兼具地基和天基觀測優勢，幾乎可以滿足所有的天文觀測需求，有望成為天文觀測臺址自然進化下一階段的優選。

目前已成功著陸月表并開展月基天文觀測的任務主要包括：1972年美國“阿波羅16號”（Apollo 16）任務首次實現人工短暫月基遠紫外天文觀測；2013—2019年中國“嫦娥三號”任務首次實現無人長期近紫外月基天文巡天觀測；2019年中國“嫦娥四號”任務首次在月球背面進行了超寬帶甚低頻射電天文信號觀測；2024年美國的“奧德修斯號” （Odysseus /IM?1）開展了低頻射電頻段天文觀測，并首次在3~22 MHz頻段從月表觀測了銀河低頻背景；2025年美國的“藍色幽靈”（Blue Ghost 1）任務開展了軟X射線天文觀測。

隨著中國倡導的國際月球科研站（ILRS）計劃、美國主導的“阿爾忒彌斯”（Artemis）計劃、歐洲航天局（ESA）牽頭的“新世界”（Terrae Novae）計劃的不斷推進，探測模式從單次任務發射向構建長久存在的月球科研和應用基地轉變，大規模、超高精度、超長期連續穩定觀測運行的月基天文觀測平臺建設也迎來最佳時機。

1 月基天文觀測優勢

1）全波段：所有在地面不能觀測的波段均可以在月基開展觀測，與空間觀測相當。

2）長壽命：月基天文臺環境相對穩定，可以長時間穩定地工作，進而實現幾十年量級壽命。

3）規模性：理論上，月基天文臺可以發展成為和地基天文臺一樣的大規模綜合型天文臺，其建設可以分階段進行。

4）穩定性：月基望遠鏡相對天基具有更高穩定性，月基更有利于開展高精度天文觀測。

5）連續性：月球自轉一周比地球慢近26倍，因此，對大天區范圍內的目標能實現更長的連續觀測時間，更有利于時域天文觀測。

6）干擾小：月基望遠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，且無大氣影響，更有利于更大口徑望遠鏡建設。

8）高回報：建設和維護一個大型月基天文臺的投入性價比無疑更高；此外，月基天文觀測是全人類的事業，可有效提升中國的國際地位。

地基、天基和月基的天文觀測特點比較情況見表1。

表1 地基、天基、月基天文觀測特點對比

2 月基天文觀測的主要歷程和成果

2.1 “阿波羅16號”任務攜帶的遠紫外成像/攝譜相機

最早的月基天文觀測可追溯到1972年4月，美國的“阿波羅16號”任務在月面笛卡爾高地開展了遠紫外天文/對地觀測實驗。口徑約7.5 cm的遠紫外成像/攝譜相機（FUCS，圖1）拍攝了地球的遠紫外圖像（Lyman?α波段，121.6 nm），獲取了地球上層大氣（氫層）的全球分布等數據；同時，該相機也對大麥哲倫云等若干天體目標進行了觀測，初步驗證了月基天文觀測平臺的可行性。

圖1 阿波羅16號任務攜帶的遠紫外成像/攝譜相機

2.2 “嫦娥三號”月基紫外望遠鏡

2013年12月，“嫦娥三號”著陸器成功部署于月球雨海地區，搭載的月基紫外望遠鏡（LUT）成為人類首臺在月面長期運行的天文望遠鏡。LUT位于“嫦娥三號”著陸器內部，“嫦娥三號”著陸器左上角向上打開的為望遠鏡鏡蓋（圖2（a））。主要對北天極附近局部天區開展了近紫外波段巡天并對銀河系內變星等天體進行了長期觀測，圖2（b）中的黑色區域表示巡天觀測覆蓋的2400平方度天區。該任務構建并釋放了局部天區近紫外巡天星表；對多顆處于特殊演化階段的雙星系統進行持續觀測，獲取了覆蓋完整軌道周期的光變曲線，通過模型擬合計算了主星和次星的質量等參數。

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

2.3 已發射的其他月基天文觀測任務

在“嫦娥三號”后，包括中國、美國、歐洲、日本、印度和俄羅斯等在內的多個國家機構和高校開展了月基天文觀測任務，多家商業公司的加入也為月面多樣化探測和觀測技術驗證提供了更多選擇。目前已成功著陸且開展觀測的主要月基天文觀測任務見表2。

表2 已成功著陸且開展觀測的主要月基天文觀測任務

2.4 月基天文觀測的國際趨勢

月球探測正從單次任務零散發射向長久存在的月球科研基地規模化構建轉變，月基天文觀測也隨之從單一波段探測向規模化多譜段綜合探測發展。

目前全球已形成中國倡導的國際月球科研站、美國主導的“阿爾忒彌斯”、歐洲航天局牽頭的“新世界”3大計劃同臺競爭形勢，各國正逐步推進月球科研基地的規劃與建設，推動月基天文從短期觀測與技術驗證走向長期觀測與系統性科學產出。

3 獨特的月基天文觀測科學

未來隨著地月空間運輸和月面著陸技術的發展，并考慮到月面觀測設備可通過定期維護實現幾十年量級壽命等因素，月面天文觀測成本可有效降低，聚焦更廣泛的天文科學的觀測設備有望建到月面。部署到月面開展的天文觀測需具備以下全部或部分特點：

• 一是需要超高精度、長時間基線的連續觀測能力。

• 二是需要特殊譜段、超寬譜段觀測能力。

• 三是需要超高數據回訪頻率、超大天區觀測能力。

• 四是需要成長型、規模化建設模式。

具備以上特點的月基天文觀測科學主要包括但不限于以下方面。

一是開展月基紫外?光學?紅外超寬譜段覆蓋的超高精度多波段同時巡天與精細觀測，構建動態更新的完備紫外星表，聚焦星系演化、暫現源、行星宜居性等研究，可根據科學需要逐步配置測光、光譜、成像、偏振、干涉等觀測模式，其局部工作場景示意見圖3。

圖3 月基紫外?光學?紅外超寬譜段巡天/精測觀測模塊局部工作場景示意

二是開展月背高精度超長波全天頻譜和全天圖像觀測，探測宇宙黑暗時代與黎明信號和低頻射電源，聚集宇宙早期演化歷史等研究，其月背低頻射電探測陣列天線子站設計見圖4。

圖4 月背低頻射電探測陣列天線子站設計

三是開展地?月甚長基線干涉測量（VLBI）觀測，聚焦活動星系核吸積流和噴流、黑洞視界面精細結構等研究。

四是開展月基MeV譜段巡天和偏振觀測，聚焦高能宇宙線起源和加速機制、伽馬射線暴爆發機制等研究。

五是開展月基分赫茲引力波觀測，聚焦中等質量黑洞探測等研究。

4 月基天文觀測的機遇與挑戰

4.1 月基天文觀測的機遇

1）月面投送能力發展迅速。得益于國際月球科研站、“阿爾忒彌斯”“新世界”等國際月球探測計劃的推進，地月空間運送載荷質量和外包絡尺寸都將有大幅提升。同時，月面投送能力正從單純的探測器著陸向支持人與機器人協同部署大型設施能力發展，為在月面構建口徑更大、能力更強的大型天文望遠鏡/陣提供了工程可行性。

2）新質生產力提供關鍵助力。人工智能（AI）技術的深度賦能，為月面原位觀測策略自主智能規劃與實施、海量數據智能處理與分析、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/月基太陽能與核能技術的快速發展也為月面天文觀測設備長期運行奠定了基礎，為未來大型天文望遠鏡/陣的持續穩定運行和原位數據處理分析提供穩定、可靠的能源保障。

4）商業公司有望雙向奔赴。商業公司以其對特定專業領域聚焦深耕、技術迭代周期快、融資相對靈活等優勢和對賦能自身科技價值的需求，有望成為傳統國家隊的有力補充，在未來月基天文觀測能力建設中發揮獨特作用。

5）務實的國際合作實現共贏。月基天文觀測是全人類的事業，具有天然的國際合作屬性，既需要各個國家基于自身特點和優勢在不同環節和以不同深度加入并貢獻力量，又為各個國家提供了自身發展的平臺和機遇。

4.2 月基天文觀測的挑戰

月基天文觀測機遇與挑戰并存，挑戰主要來自月面極端自然環境（晝夜溫差、月塵等）和人為活動影響。

一是溫控挑戰。月球表面晝夜溫差極大，如此劇烈的溫度變化對光學平臺的穩定性、材料疲勞壽命以及紫外和紅外望遠鏡所需的低溫熱控系統構成了持續考驗。

二是月塵挑戰。月球表面帶有靜電的月壤細顆粒能夠被遷移和輸運并在空中懸浮，覆蓋光學鏡面會降低反射效率，也會對暴露和運動的機械結構造成損傷。

三是微流星體撞擊。微流星體對長壽命月面天文觀測設備構成穿孔風險，盡管絕大多數顆粒小于臨界穿透質量，但累積效應與偶發性撞擊仍威脅望遠鏡鏡面安全和密封結構壽命。

四是空間天氣影響。災害性空間天氣對月面天文觀測設備造成的影響和空間設備幾乎等同，如何以最優的性價比規避空間天氣的影響，將是月基天文觀測面臨的長期挑戰。

五是人為活動影響。月基天文觀測還會受到火箭著陸起飛、巡視器移動等人為活動激揚的月塵影響、其他科研設備對觀測天區遮蔽影響、核能等供電設備可能帶來的額外輻射對望遠鏡/陣觀測精度和壽命的影響。

5 結論

月基觀測平臺同時具有免受地球大氣影響、長連續觀測時間基線、穩定且開闊的建設空間等優勢，使其成為未來天文觀測的優選平臺。

從20世紀70年代美國“阿波羅16號”任務首次實現人工短暫月基遠紫外天文觀測，到21世紀10年代中國“嫦娥三號”任務首次實現無人長期近紫外月基天文觀測，月基天文觀測技術得到穩步提升。得益于多領域技術快速發展，目前以大規模、超高精度、超長期連續穩定觀測運行為目的的多個月基天文觀測國際計劃正齊頭并進和同臺競爭，月基天文觀測在迎來歷史最佳機遇的同時也面臨著諸多技術挑戰。

未來，月面將建成聚焦獨特天文科學，具備稀缺譜段覆蓋、多波段和多手段協同觀測能力的月基天文觀測平臺。月球有望成為太陽系內人類可達且可長期運維的最佳天文臺。在當前合作與競爭并行的國際形勢下，中國亟需抓住月基天文觀測的關鍵戰略機遇窗口，立足長遠，擘畫頂層設計，合理布局和加速相關科學論證和關鍵技術攻關，開展務實互贏的國際合作，穩步推進月基天文觀測能力建設，為人類探索宇宙的偉大事業貢獻中國智慧。

本文作者：王匯娟、鄧元勇、姜曉軍

作者簡介：王匯娟，中國科學院國家天文臺、中國科學院大學天文與空間科學學院，副研究員，研究方向為地基/天基/月基天文觀測科學與技術、恒星物理、系外行星、高精度光度與光譜探測技術；鄧元勇（通信作者），中國科學院國家天文臺、中國科學院大學天文與空間科學學院，研究員，研究方向為太陽物理、天文儀器；姜曉軍（共同通信作者），中國科學院國家天文臺、中國科學院大學天文與空間科學學院，研究員，研究方向為恒星物理和天、地基光學觀測技術。

文章來 源 ： 王匯娟, 鄧元勇, 姜曉軍. 月基天文觀測研究進展[J]. 科技導報, 2026, 44(5): 57?63 .

文章轉載自“科技導報”公眾號