到月球上去开展天文观测和研究.doc

到月球上去开展天文观测和研究空间天文学的诞生和发展人造卫星和各种宇宙飞船的成功发射是本世纪最重大的科技成就之一，它对许多学科和技术领域产生了前所未有的巨大推动作用，其中就包括天文学这门古老的学科。由于地面天文观测要受到地球大气的各种效应和复杂的地球运动等因素的严重影响，因此，其观测精度和观测对象受到了许多限制，远远不能满足现代天文研究的要求。为了从根本上克服上述不利因素的影响，天文学的一门新分支学科?空间天文学伴随着航天技术的迅速发展而诞生了。自1957年10月4日世界上第一颗人造地球卫星上天后，美国于1960年发射了第一颗天文卫星太阳辐射监测卫星1号，对太阳进行紫外线和X射线观测。此后，世界各国又相继发射了许多天文卫星和用于天文研究的各种星际飞船，大大丰富和扩展了人类对宇宙和各类天文现象的认识。从发射近地轨道人造卫星，到阿波罗飞船载人登月、乔托飞船探索哈雷彗星，以及先驱者号和旅行者号飞船穿越整个太阳系的大规模、长时间的星际探测计划，天文学在许多重要研究领域内取得了辉煌的成果。可以这么说，如果没有空间天文技术，就不可能有紫外天文、X射线天文和射线天文，甚至也不可能有今天成果丰硕的红外天文。正因为如此，尽管空间天文耗资巨大，每次探测均需花费数亿甚至数十亿美元，但加入空间俱乐部的大部分国家却都在发射自己的第一颗人造卫星后的10年时间内就开始实施本国的天文卫星计划。随着空间技术以及其他各种高技术的发展，人们如今已能相当有效地发射和操纵一些不算太小的天文卫星（或者说是绕地球作轨道运动的天文望远镜）。从80年代末至今，最引人注目的天文卫星当推欧洲空间局的依巴谷卫星（1989年8月8日发射）、X射线多镜面任务望远镜（1999年12月10日发射），以及美国的哈勃空间望远镜（1990年4月24日发射）和钱德拉X射线天文台卫星（1999年7月23日发射）。有人预言，在下一个10年中，人类将有能力使更大一些的望远镜在近地轨道上投入使用，耗资将大大超过10亿美元。卫星天文观测的弱点除了太阳系天体可以通过发射各类宇宙飞船进行近距离实地探测外，空间天文对其他的天体（包括恒星和各类河外天体）目前只能依靠各种配置在天文卫星上的天文望远镜进行被动式观测，利用这些望远镜收集到的各类天体所发出的不同波段的电磁辐射开展天文研究。尽管天文卫星所处的空间环境比地面优越得多，但是，在近地轨道上运行的天文仪器仍然要受到地球高层大气的一些效应的有害影响。例如：在几百公里的高空，大气虽已十分稀薄，但剩余大气的阻尼作用仍然会使卫星的运行轨道不断降低，以致如要长期使用天文卫星，必须适时作重新推动；天文卫星的运行速度高达8公里/秒，这使它在与微粒和残余大气离子相撞时受到损害；在失重的环境下，要使卫星上的天文望远镜实现对观测目标的高精度指向和精密跟踪非常困难，必须配有很复杂的机械装置，结果仪器越大，处于不能进行天文观测的时间就越多。此外，由于近地卫星绕地球公转的周期通常仅为90分钟，因而观测一批天体所能连续用的曝光时间就不可能很长，这也给卫星天文观测带来一定的限制。最令天文学家感到头痛的是，一旦卫星上出现故障，派人去进行维修或改进耗资很大。如果把天文卫星发射到离地球更远的轨道上去工作，大气的剩余影响将大为降低，空间天文工作的效率也将有明显提高。但那时，若想对仪器进行维修就更不困难了。以上种种缺陷迫使人们去思考这样一个问题：能不能为天文望远镜找一种比人造卫星更好的观测基地，以进一步克服种种不利因素的影响呢？把望远镜放到月球上去天文学家经过仔细论证后发现，以月球为基地开展天文观测有着卫星天文观测所不能企及的优点。月球为天文望远镜提供了一个巨大、稳定而又极为坚固的观测平台，因而可以采用结构简单、造价低廉的安装、指向和跟踪系统。这一点是处于失重状态的天文卫星所望尘莫及的。同时，月球表面的重力只及地球表面重力的六分之一，因而在月球上建造任何巨大的建筑物都要比地球上容易得多。月球上没有空气，因而也没有风，其表面环境实际上处于超真空状态，故而在那里进行天文观测不会受到大气因素的影响。如果我们想得更远一些，经过充分开发之后，月球将会逐步为我们提供各种必需的原材料。这些因素对于在月球上安装理想的天文望远镜（特别是大型天文望远镜）以及与之相配的观测室将是十分有利的。从天文观测工作本身的条件来讲，由于月球远离地球，它所受到的人类活动的影响和地球本身的各种活动的影响要比人造卫星小得多。此外，由于月球的自转周期和它绕地球的公转周期恰好相等，因而它总是以同一面对着地球。如果我们把观测仪器（特别是射电望远镜）放在背向地球的那一边，则地球对天文观测的不利影响就更小了。月球的天空即使在白天也是全黑的，而且它的自转周期长达近一个月，这就使得我们能够观测到望远镜视线所及的全部天空，并对很暗的天体进行充分长时间的积累观测。同其他各种空间天文技术相比，在月球上开展天文工作的最大优点很可能是：随着月球基地的发展，人力物力的支援可以就近提供。可以料想，随着科学的发展，人类对月球的开发和利用是势在必行的。到那时，人们在月球上建造大型的、复杂的天文望远镜不仅成本低廉，安装简便（与安装同类天文卫星相比），而且所有部件都能由熟练的技术人员就近进行维修和更换。尽管天文观测工作将实现全自动化，但及时的现场技术支援，无疑会使各种尖端的天文观测仪器得到更为有效的使用。细心的读者也许会问：月球离开地球比人造卫星要远得多，将天文望远镜送上月球不是要比发射天文卫星困难得多吗？确实，月球离地球比近地人造卫星要远1000倍左右，但以到达月球表面所需要的能量这一更为重要的条件来看，它只是发射近地卫星的2倍！而且，随着航天运输技术的进步，两者的实际费用的差值正在逐步缩小。尽管阿波罗计划的成功实施表明我们人类有能力登上月球，并使我们对月球和它的表面环境有了许多新的认识，但是，这种认识对于开展实际工作来说还是很不够的。许多细节问题还有待于我们去进一步探究。例如：人怎样才能在真空和尘埃条件下有效地工作？如何防止宇宙射线和微陨星对人和仪