在月球上建造望远镜可能会改变天文学——这正成为一个可以实现的目标
月球探测正在复兴。由多个航天机构组织的数十次任务，以及越来越多的商业公司组织的任务，将在本世纪末访问月球。
月球的背面是进行天文学研究的一个有吸引力的地方。
这篇文章最初发表在《对话》杂志上。该出版物将这篇文章贡献给了太空网的专家之声：Op-Ed&Insights。
月球探测正在复兴。由多个航天机构组织的数十次任务，以及越来越多的商业公司组织的任务，将在本世纪末访问月球。其中大部分将涉及小型机器人航天器，但美国国家航空航天局雄心勃勃的阿尔忒弥斯计划旨在本世纪中叶将人类送回月球表面。
所有这些活动都有各种原因，包括地缘政治姿态和寻找月球资源，例如月球两极的水冰，这些水冰可以被提取并转化为火箭的氢氧推进剂。然而，科学肯定也是一个主要的受益者。
关于太阳系的起源和演化，月球还有很多东西要告诉我们。作为观测天文学的平台，它也具有科学价值。
今年早些时候，英国皇家学会的一次会议讨论了地球天然卫星在天文学中的潜在作用。这次会议本身在一定程度上是由于目前有望加强对月球表面的访问而引发的。
远处的好处几种类型的天文学都会受益。最明显的是射电天文学，它可以从月球总是背对地球的一侧进行，也就是月球的另一侧。
月球背面永久屏蔽了地球上人类产生的无线电信号。在月球的夜晚，它也受到保护，不受太阳的照射。这些特征使它可能成为整个太阳系中最“无线电静默”的位置，因为没有其他行星或月球的一侧永久背对地球。因此，它非常适合射电天文学。
无线电波是电磁能的一种形式，例如红外、紫外线和可见光波也是如此。它们是通过在电磁波谱中具有不同的波长来定义的。
波长超过15米的无线电波被地球电离层阻挡。但这些波长的无线电波可以畅通无阻地到达月球表面。对于天文学来说，这是电磁波谱中最后一个未被探索的区域，最好从月球远端进行研究。
在这些波长下对宇宙的观测属于“低频射电天文学”的范畴。这些波长能够独特地探测早期宇宙的结构，尤其是宇宙“黑暗时代”——第一个星系形成之前的时代。
当时，除了神秘的暗物质外，宇宙中的大多数物质都是以中性氢原子的形式存在的。它们发射和吸收特征波长为21cm的辐射。自20世纪50年代以来，射电天文学家一直在利用这一特性研究我们银河系中的氢云。
由于宇宙不断膨胀，早期宇宙中氢产生的21厘米信号已经转移到更长的波长。因此，来自宇宙“黑暗时代”的氢将以大于10米的波长出现在我们面前。月球背面可能是我们唯一可以研究这一点的地方。
天文学家杰克·伯恩斯在最近的皇家学会会议上对相关科学背景进行了很好的总结，称月球背面是“一个原始、安静的平台，可以对早期宇宙的黑暗时代以及与宜居系外行星相关的太空天气和磁层进行低射频观测。”
来自其他恒星的信号正如Burns所说，远端射电天文学的另一个潜在应用是试图探测被围绕其他恒星运行的行星的磁场（磁层）捕获的带电粒子的无线电波。
这将有助于评估这些系外行星承载生命的能力。来自系外行星磁层的无线电波波长可能超过100米，因此它们需要在太空中有一个无线电安静的环境。同样，月球背面将是最佳位置。
对于探测来自智能外星人的信号的尝试，也可以提出类似的论点。而且，通过打开无线电频谱中未被探索的部分，也有可能偶然发现新现象。
艺术家对月球上LuSEE夜间射电天文实验的构想。
当美国国家航空航天局的LuSEE夜间任务于2025年或2026年降落在月球背面时，我们应该得到这些观测的潜力。
陨石坑深度月球也为其他类型的天文学提供了机会。天文学家对在自由空间运行的光学和红外望远镜有着丰富的经验，如哈勃望远镜和詹姆斯·韦伯太空望远镜。然而，月球表面的稳定性可能会为这些类型的仪器带来优势。
此外，月球两极还有一些没有阳光照射的陨石坑。以红外波长观测宇宙的望远镜对热量非常敏感，因此必须在低温下工作。例如，JWST需要一个巨大的遮阳板来保护它免受阳光的照射。在月球上，一个天然的环形山边缘可以免费提供这种屏蔽。
月球两极被永久遮蔽的陨石坑最终可能会拥有红外望远镜。
月球的低重力也可能使建造比自由飞行卫星更大的望远镜成为可能。这些考虑导致天文学家Jean-Pierre Maillard提出月球可能是红外天文学的未来。
永久阴影陨石坑寒冷、稳定的环境也可能有利于下一代探测引力波的仪器——由恒星爆炸和黑洞碰撞等过程引起的时空“涟漪”。
此外，数十亿年来，月球一直受到来自太阳、太阳风和银河系宇宙射线的带电粒子的轰击。月球表面可能包含这些过程的丰富记录。研究它们可以深入了解太阳和银河系的演化。
由于所有这些原因，天文学将从当前月球探测的复兴中受益。特别是，随着月球探测的进行，天文学可能会从月球上建立的基础设施中受益。这将包括进入地表的运输基础设施——火箭、着陆器和其他车辆，以及现场建造和维护天文仪器的人类和机器人。
但这里也存在紧张局势：人类在月球背面的活动可能会产生不必要的无线电干扰，从阴影陨石坑中提取水冰的计划可能会使这些陨石坑难以用于天文学。正如我和我的同事最近所说，在这个新的月球探测时代，我们需要确保对天文学具有独特价值的月球位置得到保护。