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把月球背面改造成为一个巨大的天文望远镜是可行的吗？效果会不会比在地球要好？
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发布时间：2019-02-08加入收藏来源：互联网点击：
把月球背面改造成为一个巨大的天文望远镜是可行的吗？效果会不会比在地球要好？
回答于 2019-09-11 08:43:50
回答于 2019-09-11 08:43:50
改装成凹凸镜形成逆向思维模式进行宇宙摇撼深空探索！
回答于 2019-09-11 08:43:50
这是一个好问题。
今天我们就来探讨一下为什么从地球上探测太空不够，还有必要“舍近求远”跑到月球背面架设天文望远镜。
读完本文大约需要6分钟，如果你没耐心，可以直接跳到最后看结论。
（荒凉的月球背面，红圈内是嫦娥4号着陆区）
先来说说天文望远镜。
提起望远镜，人们首先会想到经常玩的双筒望远镜。这东西尽管有些也很贵很高级，但只适合于进行地面物体的观察，拿来进行天文观测肯定是不够用的。
天文望远镜通常分为光学望远镜和射电望远镜。目前世界上在用的最大天文光学望远镜是设在夏威夷海拔4145米山顶WM凯克天文台的两台大型望远镜，它们的主镜直径都达到10米，由36块厚度为10厘米的六角镜面拼接组成，通过主动光学支撑系统，使镜面保持极高的精度。焦面成像设备有三个：近红外照相机、高分辨率CCD探测器和高色散光谱仪。
（凯克天文台的大型望远镜凯克I和凯克II）
凯克天文台的这两台光学望远镜的重量都超过了300吨，是名符其实的大家伙。即便如此，天文学家们还不满足，为了观测更遥远的宇宙，他们还需要更大口径的望远镜。目前正在智利海拔3060米高原上建设的一台名为“极大望远镜（ELT）”的口径达到了39.3米。
因为地球表层大气透明度、折射和湍流的影响，同时也由于可见光或红外光谱并不能完全反映宇宙演化的全部真相，天文学家们还需要另一种非光学的望远镜来探测宇宙，这就是射电望远镜，它其实就是一面无线电波的接收天线。
目前世界上最大的单体射电天文望远镜在哪里，想必大家都知道，它就是位于我国贵州的500米孔径球面望远镜（FAST），FAST以10厘米至4.3米的波长扫描太空，到2018年9月，FAST就已经发现了44个新的脉冲星。
（500米孔径球面望远镜FAST）
军事学家经常将一句话挂在嘴边：“口径即正义，射程即是真理”。其实天文学家们心里念兹在兹的也是这一句，为了得到更清晰的图像、收到更明确的信号、遥望更遥远的星空，天文学家们只能不停地到处游说，以获取资金建设更大的天文望远镜。
直到哈勃空间望远镜被送上天空。
（哈勃空间望远镜）
空间望远镜避免了地面观测站的许多问题，例如光污染、电磁辐射的失真（闪烁）、一部分红外线、紫外线、X射线和伽马射线被地球大气阻挡，在太空中并不存在这些问题。
哈勃望远镜在服役的28年时间里历经5次大修，它拍摄的无数张太空照片经过天文学家细心渲染之后，令全世界为之震撼。
（哈勃望远镜拍摄的环状星云，它原本是黑白照片，这绚丽色彩是根据不同波长光谱用电脑渲染的结果。这些照片为NASA争取到了无数拨款）
对于天文学家们来说，他们的目的并不是欣赏灿烂的星空，而是探究宇宙内在的奥秘。所以公众看起来索然无味的无线电波脉冲图片更能让天文学家们激动万分。
地球的大气层和磁场常令天文学家懊恼
我们之所以能在地球上繁衍生息，全依赖于这颗星球稠密大气层和磁场为亿万生命提供了保护。
通常认为地球大气层最厚的地方达到1万公里，最新的观测结果表明地球大气层的边缘甚至达到60多万公里的高空，只不过那里的大气极其稀薄，几乎可以忽略不计（天文学家们并不这么认为，他们觉得再稀薄的空气对遥远宇宙的精确观测都有负面影响）。
（地球大气分层示意图）
地球大气自下而上通常分为：对流层（0-12公里），平流层（12-50公里），中间层（50-80公里），电离层（80-1000公里）和外逸层（1000公里以上）。事实上大气的电离从距地面60公里的高空就已经开始了，这里被称为D层。
天体物理学家将地球的电离层自下而上划分为D层（60-90公里），E层（90-150公里）和F层（150-1000公里）。
（地球大气电离层的分层）
为什么科学家如此重视我们大气的电离层呢？因为电离层可以阻挡和反射无线电波信号，这些信号无论是对于地面通信还是天文观测来说都极其重要。一个有意思的现象是：无线通信专家们需要一个稳定的电离层，但天文学家们却不需要它，他们甚至十分讨厌电离层的存在。
电离层
太阳每时每刻都在向外辐射强烈的宇宙射线，当太阳辐射能量到达地球大气层时，它会将外层大气分子的原子与它外层电子剥离开来，于是大气层的外层就充满了带负电的自由电子和带正电荷的离子。由于大气的外层空气稀薄，它的粒子被完全电离（这里又被称为磁层）；而内层大气因为受到强烈磁场的保护，同时相当多的太阳辐射被电离层阻挡，因此只有一部分的气体被电离。
1924年，英国科学家阿普顿证明了上层大气有电离层存在，并且通过电离层对电磁波反射的原理成功实现了远距离的无线电通讯。自此，人类迈入了短波无线电通讯的时代。
1930年，美国无线电工程师卡尔央斯基发现银河系的无线电辐射，从此天文学家又增加了一个重要的射电探测窗口。得益于射电波段大气透明的特性，射电天文学发展迅速，科学家们先后发现了脉冲星、测量到宇宙背景辐射强度，迎来天文学的一次重大变革。
（在7.5厘米-15米波段之间，大气层对射电望远镜几乎是“透明”的）
但天文学家对这样的成果并不满意。由于大气电离层对空间辐射的吸收、折射、反射以及闪烁效应，会引起低频信号强度弱化甚至严重变形，加上地面其它无线通讯设施的电波干扰，导致射电望远镜只能在30MHz到100GHz之间正常工作，对于30MHz以下的极低频信号探测甚少触及，而极低频观测能为进一步理解第一代恒星、星系的形成和宇宙的物理现象提供进一步的数据。
科学家希望跳出电离层
鉴于极低频射电观测对宇宙学的研究有不可替代的作用，世界各主要天文台都试图将射电望远镜送出大气层，让它们跳出电离层来观测太空。其中美国从1968年开始就陆续发射了多颗极低频射电探测器到地球轨道和绕月轨道，从那里对地球磁层和太阳射电暴等天文现象进行了观测。由于技术不成熟、地球电波干扰以及探测器天线间干扰等原因，美国的这些观测未能取得有效的科学数据，但它至少为太空极低频观测开了先河，也积累了宝贵的经验。
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