對於射電天文學家來說，月球背面可能是太陽系中最後一塊未受破壞的淨土。地球——以及所有人造電磁噪聲排放到太空中的噪聲——始終在地平線以下，因此位於那裡的任何射電天文臺都可以自由地觀測宇宙，而不會受到干擾。
但即將到來的月球探測熱潮可能會使這種情況面臨風險。在未來十年左右，月球將成為數百個軌道飛行器和著陸器的目標，每個飛行器都可能產生無線電噪聲。研究人員上個月在倫敦皇家學會舉行的“月球天文：未來十年”會議上表達了他們的擔憂。
荷蘭奈梅亨拉德堡大學的天文學家馬克·克萊因·沃爾特說：“這可能是太陽系中無線電最安靜的地方，我們需要保護它。”
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“月球背面會保持黑暗嗎？你應該已經因為我提出這個問題而感到緊張了，” 美國宇航局噴氣推進實驗室（位於加利福尼亞州帕薩迪納市）的研究員約瑟夫·拉齊奧在會議上說道。
靜區
月球背面在許多領域都具有巨大的潛力，但它對宇宙學具有獨特的意義。天文學家已經使用大部分電磁波譜繪製了天空圖，從 微波 到 可見光 和 γ射線。但是，由於地球的噪聲，頻率低於約100兆赫茲的宇宙無線電波 極難從地球上測量。低於30兆赫茲的任何頻率都完全被禁止，因為它會被電離層吸收——電離層是地球大氣層與太空交匯的區域。然而，這些低頻波攜帶著關於 宇宙歷史最初十億年左右的大量資訊。
月球背面免受地球無線電輻射的保護，並且幾乎沒有大氣層和漫長寒冷的夜晚，這為探索這些時期提供了一個近乎理想的場所。
如果一切按計劃進行，一個名為月球表面電磁實驗（LuSee）Night的小型美國著陸器將於2026年成為第一個利用這些條件的專用宇宙學任務——並且它的設計就考慮到了這個目標。（嫦娥四號是中國歷史性的登月背面任務，於2019年登陸月球背面， 攜帶了一個簡單的射電天文學天線。但該任務並未針對宇宙學觀測進行最佳化，因此該實驗受到著陸器自身射頻干擾的影響。）
在美國宇航局和美國能源部的資助下，LuSee-Night 將由一傢俬人承包商作為美國宇航局新興的商業月球有效載荷服務計劃的一部分運送到月球背面。它的四個 3 米長的天線呈十字形排列，將嘗試測量“宇宙黎明”，這是一種被認為可以在無線電頻譜中檢測到的特徵，它將揭示宇宙中第一批恆星的出現。
噪聲限制
然而，即使在月球背面寧靜的寂靜中，LuSee 的宇宙黎明測量也將是一個挑戰：早期宇宙的訊號比銀河系在相同頻率範圍內產生的噪聲弱 10 萬倍。限制航天器自身的噪聲至關重要。“唯一的方法是完全關閉著陸器”，並裝載足夠的電池，讓無線電接收器能夠度過為期兩週的夜晚，加州大學伯克利分校的天體物理學家斯圖爾特·貝爾說，他是美國宇航局該任務的首席研究員。貝爾說，接收器的電子裝置，包括保持計算機執行的時鐘，必須設計為將任何輻射“限制”在頻譜的有限部分。“我們要求所有振盪器都在已知頻率下執行，並具有經過認證的頻率穩定性。” 已知的、可預測的噪聲源更容易讓實驗人員在資料處理過程中去除。
貝爾說，這些是所有月球任務（包括商業任務）都可以採取的相對簡單的預防措施。如果航天器被設計為抑制任何射頻干擾，則可以大大減少損害未來科學實驗的機會。
西澳大利亞默奇森寬場陣列射電天文臺前臺長梅蘭妮·約翰斯頓-霍利特對此表示贊同。在默奇森，它將成為巨型 平方公里陣列射電望遠鏡的澳大利亞站點，她幫助建立了可能是世界上最大的無線電靜默區，面積超過 500 公里。
約翰斯頓-霍利特說，將電子裝置帶入該站點需要許可證，“您帶入該區域的所有裝置都將經過額外的電磁測試過程”，以檢查是否有不必要的無線電輻射。約翰斯頓-霍利特目前是澳大利亞珀斯科廷大學的射電天文學家。“我可以自信地告訴您，您可以用立方體衛星做到這一點，”她說，指的是研究人員擔心可能會蜂擁在月球周圍的微型衛星，從而產生噪聲源。
即便如此，加州大學伯克利分校突破聆聽地外文明搜尋專案負責人、天文學家安德魯·西米恩說，“要將干擾抑制到進行精密射電天文學所需的水平，極其困難”。這項工作包括在廣泛的無線電波範圍內尋找訊號——包括衛星通訊所用的千兆赫頻率。
月球經濟
天文學家面臨著一場艱苦的鬥爭。有望使月球更容易進行實驗的相同技術進步也將使環境更加擁擠。在未來十年中，預計將有來自美國、歐洲、俄羅斯、韓國、中國、日本、印度、加拿大和阿拉伯聯合大公國以及眾多私營公司的 250 多個月球任務。馬薩諸塞州劍橋市諮詢公司北方天空研究公司表示，這將形成一個價值 1000 億美元的“月球經濟”。還有計劃安裝 月球衛星導航系統，這可能成為噪聲源。
密蘇里科技大學（位於羅拉）的政治科學家阿拉娜·克羅利科夫斯基認為，研究人員應該推動國際條約來保護月球。“現在人們普遍認識到，我們需要對即將到來的月球復興進行治理，”她在上個月的會議上說。
由美國宇航局牽頭的國際協議《阿耳忒彌斯協定》試圖提供一些指導，以幫助相關機構避免相互干擾任務。但它主要是為了滿足其簽署國的需求；克羅利科夫斯基說，監管月球的更好方法可能是由聯合國和平利用外層空間委員會起草規則。“這樣做的視窗很小——而且正在縮小。”
本文經許可轉載，並於 2023 年 3 月 3 日首次釋出。