“超级天文台”搬上月球：人类找到观测宇宙的“六边形战士”

原文发表于《科技导报》2026 年第5 期 《 月基天文观测研究进展 》

《科技导报》邀请中国科学院国家天文台、中国科学院大学天文与空间科学学院王汇娟副研究员、邓元勇研究员、姜晓军研究员撰写文章，阐述了月基相对其他观测平台所具有的建设空间等优势，回顾了月基天文观测的发展历程，分析了月基天文观测正在面临的战略机遇以及挑战，并展望了月基天文观测的未来发展前景。

在人类进入太空开展天文观测一甲子后，天文学进入了快速发展的阶段，极大促进了天文学及相关学科的发展，完美诠释了天文观测台址“城市—郊区—远山远海—空间”这一演变历史所带来的极大回报。而月球的天文观测条件兼具地基和天基观测优势，几乎可以满足所有的天文观测需求，有望成为天文观测台址自然进化下一阶段的优选。

目前已成功着陆月表并开展月基天文观测的任务主要包括：1972年美国“阿波罗16号”（Apollo 16）任务首次实现人工短暂月基远紫外天文观测；2013—2023年中国“嫦娥三号”任务首次实现无人长期近紫外月基天文巡天观测；2023年中国“嫦娥四号”任务首次在月球背面进行了超宽带甚低频射电天文信号观测；2024年美国的“奥德修斯号” （Odysseus /IM−1）开展了低频射电频段天文观测，并首次在3~22 MHz频段从月表观测了银河低频背景；2025年美国的“蓝色幽灵”（Blue Ghost 1）任务开展了软X射线天文观测。

随着中国倡导的国际月球科研站（ILRS）计划、美国主导的“阿尔忒弥斯”（Artemis）计划、欧洲航天局（ESA）牵头的“新世界”（Terrae Novae）计划的不断推进，探测模式从单次任务发射向构建长久存在的月球科研和应用基地转变，大规模、超高精度、超长期连续稳定观测运行的月基天文观测平台建设也迎来最佳时机。

1 月基天文观测优势

1）全波段：所有在地面不能观测的波段均可以在月基开展观测，与空间观测相当。

2）长寿命：月基天文台环境相对稳定，可以长时间稳定地工作，进而实现几十年量级寿命。

3）规模性：理论上，月基天文台可以发展成为和地基天文台一样的大规模综合型天文台，其建设可以分阶段进行。

4）稳定性：月基望远镜相对天基具有更高稳定性，月基更有利于开展高精度天文观测。

5）连续性：月球自转一周比地球慢近26倍，因此，对大天区范围内的目标能实现更长的连续观测时间，更有利于时域天文观测。

6）干扰小：月基望远镜位于主要地冕层外，因此，紫外波段干扰小；另外，月背利用月球遮挡，可以有效减少来自地球的射电背景、地磁、反照等干扰。

7）低重力：月球表面的重力约为地球的1/6，且无大气影响，更有利于更大口径望远镜建设。

8）高回报：建设和维护一个大型月基天文台的投入性价比无疑更高；此外，月基天文观测是全人类的事业，可有效提升中国的国际地位。

地基、天基和月基的天文观测特点比较情况见表1。

表1 地基、天基、月基天文观测特点对比

2 月基天文观测的主要历程和成果

2.1 “阿波罗16号”任务携带的远紫外成像/摄谱相机

最早的月基天文观测可追溯到1972年4月，美国的“阿波罗16号”任务在月面笛卡尔高地开展了远紫外天文/对地观测实验。口径约7.5 cm的远紫外成像/摄谱相机（FUCS，图1）拍摄了地球的远紫外图像（Lyman−α波段，121.6 nm），获取了地球上层大气（氢层）的全球分布等数据；同时，该相机也对大麦哲伦云等若干天体目标进行了观测，初步验证了月基天文观测平台的可行性。

图1 阿波罗16号任务携带的远紫外成像/摄谱相机

2.2 “嫦娥三号”月基紫外望远镜

2013年12月，“嫦娥三号”着陆器成功部署于月球雨海地区，搭载的月基紫外望远镜（LUT）成为人类首台在月面长期运行的天文望远镜。LUT位于“嫦娥三号”着陆器内部，“嫦娥三号”着陆器左上角向上打开的为望远镜镜盖（图2（a））。主要对北天极附近局部天区开展了近紫外波段巡天并对银河系内变星等天体进行了长期观测，图2（b）中的黑色区域表示巡天观测覆盖的2400平方度天区。该任务构建并释放了局部天区近紫外巡天星表；对多颗处于特殊演化阶段的双星系统进行持续观测，获取了覆盖完整轨道周期的光变曲线，通过模型拟合计算了主星和次星的质量等参数。

图2 月基紫外望远镜（a）和月基紫外望远镜完成的2400平方度巡天天区覆盖示意（b）

2.3 已发射的其他月基天文观测任务

在“嫦娥三号”后，包括中国、美国、欧洲、日本、印度和俄罗斯等在内的多个国家机构和高校开展了月基天文观测任务，多家商业公司的加入也为月面多样化探测和观测技术验证提供了更多选择。目前已成功着陆且开展观测的主要月基天文观测任务见表2。

表2 已成功着陆且开展观测的主要月基天文观测任务

2.4 月基天文观测的国际趋势

月球探测正从单次任务零散发射向长久存在的月球科研基地规模化构建转变，月基天文观测也随之从单一波段探测向规模化多谱段综合探测发展。

目前全球已形成中国倡导的国际月球科研站、美国主导的“阿尔忒弥斯”、欧洲航天局牵头的“新世界”3大计划同台竞争形势，各国正逐步推进月球科研基地的规划与建设，推动月基天文从短期观测与技术验证走向长期观测与系统性科学产出。

3 独特的月基天文观测科学

未来随着地月空间运输和月面着陆技术的发展，并考虑到月面观测设备可通过定期维护实现几十年量级寿命等因素，月面天文观测成本可有效降低，聚焦更广泛的天文科学的观测设备有望建到月面。部署到月面开展的天文观测需具备以下全部或部分特点：

• 一是需要超高精度、长时间基线的连续观测能力。

• 二是需要特殊谱段、超宽谱段观测能力。

• 三是需要超高数据回访频率、超大天区观测能力。

• 四是需要成长型、规模化建设模式。

具备以上特点的月基天文观测科学主要包括但不限于以下方面。

一是开展月基紫外−光学−红外超宽谱段覆盖的超高精度多波段同时巡天与精细观测，构建动态更新的完备紫外星表，聚焦星系演化、暂现源、行星宜居性等研究，可根据科学需要逐步配置测光、光谱、成像、偏振、干涉等观测模式，其局部工作场景示意见图3。

图3 月基紫外−光学−红外超宽谱段巡天/精测观测模块局部工作场景示意

二是开展月背高精度超长波全天频谱和全天图像观测，探测宇宙黑暗时代与黎明信号和低频射电源，聚集宇宙早期演化历史等研究，其月背低频射电探测阵列天线子站设计见图4。

图4 月背低频射电探测阵列天线子站设计

三是开展地−月甚长基线干涉测量（VLBI）观测，聚焦活动星系核吸积流和喷流、黑洞视界面精细结构等研究。

四是开展月基MeV谱段巡天和偏振观测，聚焦高能宇宙线起源和加速机制、伽马射线暴爆发机制等研究。

五是开展月基分赫兹引力波观测，聚焦中等质量黑洞探测等研究。

4 月基天文观测的机遇与挑战

4.1 月基天文观测的机遇

1）月面投送能力发展迅速。得益于国际月球科研站、“阿尔忒弥斯”“新世界”等国际月球探测计划的推进，地月空间运送载荷质量和外包络尺寸都将有大幅提升。同时，月面投送能力正从单纯的探测器着陆向支持人与机器人协同部署大型设施能力发展，为在月面构建口径更大、能力更强的大型天文望远镜/阵提供了工程可行性。

2）新质生产力提供关键助力。人工智能（AI）技术的深度赋能，为月面原位观测策略自主智能规划与实施、海量数据智能处理与分析、科研成果智能分享、适配不同文化背景的天文科普作品生成与发布等科研新范式提供全链条革命性工具。

3）月面能源瓶颈有望突破。空间/月基太阳能与核能技术的快速发展也为月面天文观测设备长期运行奠定了基础，为未来大型天文望远镜/阵的持续稳定运行和原位数据处理分析提供稳定、可靠的能源保障。

4）商业公司有望双向奔赴。商业公司以其对特定专业领域聚焦深耕、技术迭代周期快、融资相对灵活等优势和对赋能自身科技价值的需求，有望成为传统国家队的有力补充，在未来月基天文观测能力建设中发挥独特作用。

5）务实的国际合作实现共赢。月基天文观测是全人类的事业，具有天然的国际合作属性，既需要各个国家基于自身特点和优势在不同环节和以不同深度加入并贡献力量，又为各个国家提供了自身发展的平台和机遇。

4.2 月基天文观测的挑战

月基天文观测机遇与挑战并存，挑战主要来自月面极端自然环境（昼夜温差、月尘等）和人为活动影响。

一是温控挑战。月球表面昼夜温差极大，如此剧烈的温度变化对光学平台的稳定性、材料疲劳寿命以及紫外和红外望远镜所需的低温热控系统构成了持续考验。

二是月尘挑战。月球表面带有静电的月壤细颗粒能够被迁移和输运并在空中悬浮，覆盖光学镜面会降低反射效率，也会对暴露和运动的机械结构造成损伤。

三是微流星体撞击。微流星体对长寿命月面天文观测设备构成穿孔风险，尽管绝大多数颗粒小于临界穿透质量，但累积效应与偶发性撞击仍威胁望远镜镜面安全和密封结构寿命。

四是空间天气影响。灾害性空间天气对月面天文观测设备造成的影响和空间设备几乎等同，如何以最优的性价比规避空间天气的影响，将是月基天文观测面临的长期挑战。

五是人为活动影响。月基天文观测还会受到火箭着陆起飞、巡视器移动等人为活动激扬的月尘影响、其他科研设备对观测天区遮蔽影响、核能等供电设备可能带来的额外辐射对望远镜/阵观测精度和寿命的影响。

5 结论

月基观测平台同时具有免受地球大气影响、长连续观测时间基线、稳定且开阔的建设空间等优势，使其成为未来天文观测的优选平台。

从20世纪70年代美国“阿波罗16号”任务首次实现人工短暂月基远紫外天文观测，到21世纪10年代中国“嫦娥三号”任务首次实现无人长期近紫外月基天文观测，月基天文观测技术得到稳步提升。得益于多领域技术快速发展，目前以大规模、超高精度、超长期连续稳定观测运行为目的的多个月基天文观测国际计划正齐头并进和同台竞争，月基天文观测在迎来历史最佳机遇的同时也面临着诸多技术挑战。

未来，月面将建成聚焦独特天文科学，具备稀缺谱段覆盖、多波段和多手段协同观测能力的月基天文观测平台。月球有望成为太阳系内人类可达且可长期运维的最佳天文台。在当前合作与竞争并行的国际形势下，中国亟需抓住月基天文观测的关键战略机遇窗口，立足长远，擘画顶层设计，合理布局和加速相关科学论证和关键技术攻关，开展务实互赢的国际合作，稳步推进月基天文观测能力建设，为人类探索宇宙的伟大事业贡献中国智慧。

本文作者：王汇娟、邓元勇、姜晓军

作者简介：王汇娟，中国科学院国家天文台、中国科学院大学天文与空间科学学院，副研究员，研究方向为地基/天基/月基天文观测科学与技术、恒星物理、系外行星、高精度光度与光谱探测技术；邓元勇（通信作者），中国科学院国家天文台、中国科学院大学天文与空间科学学院，研究员，研究方向为太阳物理、天文仪器；姜晓军（共同通信作者），中国科学院国家天文台、中国科学院大学天文与空间科学学院，研究员，研究方向为恒星物理和天、地基光学观测技术。

文章来 源 ： 王汇娟, 邓元勇, 姜晓军. 月基天文观测研究进展[J]. 科技导报, 2026, 44(5): 57−63 .

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