月球或能“變身”天體物理實驗室

英國《新科學家》雜志網(wǎng)站近期報道，正在或即將于月球上部署的大型科學實驗裝置與天文設(shè)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?qū)⒃谶@片銀色荒原中找到答案。

繪制“宇宙黑暗時代”全景圖

無線電波是探索遙遠宇宙奧秘的關(guān)鍵鑰匙。雖然人們能利用各種波長的光觀測恒星與星系的“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”。這段時期為后續(xù)星系的形成奠定了基礎(chǔ)，而要想解開它的秘密，必須捕捉到宇宙大爆炸約38萬年后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(chǎn)生的噪聲淹沒，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布，天文學家有望繪制出“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(huán)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。事件視界望遠鏡曾拍攝到首張黑洞照片，而月球表面的無線電觀測站若與地球望遠鏡聯(lián)網(wǎng)，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(zhì)，還能進一步驗證引力理論。

作為首個月球射電天文實驗，美國國家航空航天局（NASA）的“光電鞘月球表面無線電波觀測儀”（ROLSES-1）2024年在月球南極附近著陸。盡管其意外傾倒，數(shù)據(jù)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”（LuSEENight）將于2026年啟動，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。而美國國家航空航天局的“月球隕石坑射電望遠鏡”（LCRT）擬在月球背面的隕石坑內(nèi)架設(shè)直徑350米至1000米的巨型網(wǎng)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，憑借它可以聽到古老宇宙的“喃喃低語”。

研究“時空漣漪”的科學平臺

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”的理想平臺。

目前，地球上的科學家已成功捕捉到雙黑洞合并、雙中子星碰撞等天體事件產(chǎn)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(zhì)。

然而，地面觀測面臨諸多挑戰(zhàn)。美國激光干涉儀引力波天文臺（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。這里地震活動微弱，沒有大氣擾動，更無人為噪聲。更重要的是，月球表面的氣壓僅比美國激光干涉儀引力波天文臺精心維持的真空管高出10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?？茖W家甚至有望發(fā)現(xiàn)美國激光干涉儀引力波天文臺無法探測到的引力波源，比如超大質(zhì)量黑洞的合并事件。

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(fā)時的核心坍縮過程，揭示恒星如何蛻變?yōu)橹凶有腔蚝诙吹膴W秘。

目前，科學家已著手研發(fā)“激光干涉儀月球天線”（Luna-LIGO）。根據(jù)計劃，3臺攜帶精密儀器的著陸器將部署在月球隕石坑邊緣，彼此間隔數(shù)千米。每個著陸器都將配備激光系統(tǒng)、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(tǒng)有望在未來10年內(nèi)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(qū)，溫度可低至-246℃以下，這種極端環(huán)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(chǎn)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。

下一代紅外天文臺的理想家園

近年來，詹姆斯·韋布空間望遠鏡（JWST）憑借先進的紅外觀測技術(shù)，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臺的理想家園。

巴黎天體物理研究所的讓-皮耶爾·美拉德正領(lǐng)導一項研究，探索在月球永久陰影區(qū)建造紅外望遠鏡的可能性。這些天然形成坑洞的凹形結(jié)構(gòu)，本身就是完美的望遠鏡基座。月球微弱的引力環(huán)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(xiàn)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(xiàn)有任何地基或天基觀測設(shè)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，很多現(xiàn)有技術(shù)難題將迎刃而解。

然而，這項宏偉計劃面臨著一個棘手挑戰(zhàn)：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臺前，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須應(yīng)對強烈的宇宙輻射和晝夜之間的巨大溫差。