月球或能“變身”天體物理實驗室
◎本報記者 劉 霞
近幾十年來，亙古荒涼的月球表面開始變得不一樣。中國和美國都向月球派遣了多款探測器，也計劃將宇航員送往月球表面。與此同時，月球正成為熱門科研目的地，全球眾多科研團隊在繪製藍圖，試圖將其打造成史上最尖端的天體物理實驗室，這可能實現嗎？
英國《新科學家》網站近期報道，正在或即將於月球上部署的大型科學實驗裝置與天文設備，的確有望解開諸多宇宙之謎。一些長期困擾人類的疑問，或將在這片銀色荒原找到答案。
繪製“宇宙黑暗時代”全景圖
無線電波是探索遙遠宇宙奧秘的關鍵鑰匙。雖然人們能利用各種波長的光觀測恆星與星系的“蛛絲馬跡”，然而唯有通過無線電波，才能窺見宇宙第一縷曙光誕生前的“宇宙黑暗時代”。這段時期為後續星系的形成奠定了基礎，而要想解開它的秘密，必須捕捉到宇宙大爆炸約38萬年後第一批氫原子釋放的光子所攜帶的信息。
然而，這些最古老的光子僅以低頻無線電波的形式存在。在地球上，它們或被大氣層反射，或被人類活動產生的噪音淹沒，幾乎無法捕捉。而月球背面這片永遠背對地球的寂靜之地，或許正是觀察它們的理想窗口。通過分析這些原始光子的分佈，天文學家有望繪製出“宇宙黑暗時代”的全景圖。
不僅如此，月球背面的射電望遠鏡還能捕捉系外行星的極光與磁場信號，這些微弱信息在地球上同樣難以分辨。此類研究將幫助科學家理解系外行星的環境，甚至探尋生命存在的可能性。
月球還能大幅提升事件視界望遠鏡（EHT）的觀測能力。EHT曾拍攝首張黑洞照片，而月球表面的無線電觀測站若與地球望遠鏡聯網，將使其成為更強大的“宇宙之眼”。更高精度的黑洞照片不僅能揭示這些神秘天體的本質，還能進一步驗證引力理論。
作為首個月球射電天文實驗，NASA的“光電鞘月球表面無線電波觀測儀”（ROLSES-1）去年在月球南極附近着陸。儘管其意外傾倒，數據收集能力受限，但仍成功捕捉到來自地球和木星的無線電信號，證明了月球觀測的可行性。
“月球表面電磁學實驗”（LuSEE Night）將於2026年啓動，目標是探測銀河系的低頻光，向“宇宙黑暗時代”的終極答案更進一步。而NASA的“月球隕石坑射電望遠鏡”擬在月球背面的隕石坑內架設直徑350米至1公里的巨型網狀天線。若成功，它將成為人類歷史上最大的射電接收器之一，憑藉它可以聽到古老宇宙的“喃喃低語”。
研究“時空漣漪”的科學平台
在探索宇宙奧秘的征途上，月球正成為研究引力波——“時空漣漪”的理想平台。
目前，地球上的科學家已成功捕捉到雙黑洞合併、雙中子星碰撞等天體事件產生的引力波。他們希望未來能捕捉更多引力波，進一步揭示黑洞、中子星和引力的本質。
然而，地面觀測面臨諸多挑戰。美國激光干涉儀引力波天文台（LIGO）必須排除地震、水流、潮汐乃至人類活動帶來的干擾。相比之下，月球堪稱理想的觀測地點。這裏地震活動微弱，沒有大氣擾動，更無人為噪音。更重要的是，月球表面的氣壓僅比LIGO精心維持的真空管高出十倍。
意大利格蘭薩索科學研究所天文學家簡·哈姆斯認為，在月球上建造和運行引力波探測器將事半功倍。科學家甚至有望發現LIGO無法探測到的引力波源，比如超大質量黑洞的合併事件。美國哈佛-史密森天體物理中心的賈斯敏·吉爾表示，月球觀測站還將幫助科學家研究超新星爆發時的核心坍縮過程，揭示恆星如何蜕變為中子星或黑洞的奧秘。
目前，科學家已着手研發“激光干涉儀月球天線”（Luna-LIGO）。根據計劃，3台攜帶精密儀器的着陸器將部署在月球隕石坑邊緣，彼此間隔數公里。每個着陸器都將配備激光系統、反射鏡和先進的隔振裝置，以消除月震的微弱干擾。這一系統有望在未來十年內升空。
歐洲空間局也在推進“月球引力波天線”（LGWA）計劃。在月球兩極的永久陰影區，温度可低至-246℃以下，這種極端環境將極大提升探測靈敏度。在隕石坑底部部署一組振動傳感器，就可能探測到地球上無法捕捉的遠古黑洞等天體產生的引力波。這些突破將為科學家打開觀測早期宇宙的新窗口。
下一代紅外天文台的理想家園
近年來，詹姆斯·韋布空間望遠鏡憑藉先進的紅外觀測技術，獲得了突破性觀測圖像，正在重塑人們對宇宙演化的認知。而月球上那些深邃的隕石坑，或許將成為下一代紅外天文台的理想家園。
巴黎天體物理研究所的讓-皮耶爾·美拉德正領導一項研究，探索在月球永久陰影區建造紅外望遠鏡的可能性。這些天然形成坑洞的凹形結構，本身就是完美的望遠鏡基座。月球微弱的引力環境還允許建造超大口徑鏡片，這是在地球重力場下無法實現的夢想，因為地球引力會導致鏡面玻璃變形。
美拉德的研究表明，月球紅外望遠鏡的靈敏度可能遠超現有任何地基或天基觀測設備。哈佛-史密森天體物理中心的馬丁·埃爾維斯表示，在月球上，很多技術難題迎刃而解。
然而，這項宏偉計劃面臨着一個棘手挑戰：月球塵埃。美國科羅拉多大學博爾德分校物理學家米哈伊·霍拉伊表示，月球上的塵埃會在月球的日出和日落時漂浮，原因至今未明。這種異常行為不僅可能干擾紅外觀測，還會影響引力波探測器和射電儀器工作。在建造任何月球天文台前，科學家必須徹底研究月球塵埃的特性。此外，未來的月球觀測站還需應對強烈的宇宙輻射和晝夜之間的巨大温差。