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为了探索浩瀚的宇宙，科学家们想了无数的法子，也烧了无数的钱打造了无数的装备，天文望远镜便是其中之一。
望远镜是怎么工作的？说起望远镜，许多人都会很自然地想起双筒望远镜，它的确很常见，也便宜。更好更贵的通常用来观鸟，而狂热的天文爱好者会花几万元去买那种观星的望远镜。
无论是业余或是专业，也不管贵还是便宜，光学望远镜的原理都差不多：那就是通过一组光学镜片将远处射来的光线汇聚成像，将远处的景物放大，使细节更加清晰。
光学望远镜的原理
天文爱好者们的设备尽管昂贵，但天文学家们对此常常是嗤之以鼻的，因为这些望远镜用来看看月亮、拍拍银河或星云还勉强凑合，但对于天文学研究来说并没什么价值。在天文台的大家伙面前，这些东西如同玩具一般。
光学天文望远镜
天文望远镜接收到的是光。随着科学家对光认识的逐渐加深，他们发现光其实是一种电磁波，而我们肉眼能看到的可见光仅仅是宇宙星光频谱中的一小部分。绝大多数天体发出的γ射线、X射线、紫外线、红外线、微波以及波长更长的无线电波充满着我们的宇宙，但这一切仅凭我们的光学望远镜是无法看到的。
可见光只是电磁波频谱中的一小部分
比如说：星系中最广泛存在的原子氢，它发出的电磁波频率为1420MHz；甲醇和水激子的频率有6GHz、12和23GHz；而恒星形成区域中大分子氨气发出的光波频率大约也是23GHz。对于宇宙中这些物质的探索，我们无法使用传统的光学望远镜，而需要用到射电望远镜来接收电磁波。
口径即正义“口径即正义”通常用在军事上，它指的是当你的大炮口径越大，你的炮弹能打得更远，你就更能够掌握战争的主动权。这句话用到天文观测上也没毛病。
在光学天文望远镜时代，科学家们就一直不遗余力地打造越来越大的望远镜，无奈咱们地球有厚厚的大气层，这使得光学望远镜的成像效果大打折扣，最后发现口径仅2.4米的哈勃太空望远镜比地面上10米口径的望远镜要清晰得多。
哈勃太空望远镜不受大气层干扰
当然了，如果不是受资金限制，科学家们原本是打算把哈勃望远镜的口径做到3米的。
射电望远镜受大气层衍射的影响要小得多，理论上它可以做得更大，以便可以接收更多的电磁波信号。
然而单台大口径射电望远镜不仅耗资巨大，由于地球重力场的影响，其建造难度也极大，到目前为止只有中国在贵州建成了一台口径达500米的球面射电望远镜“FAST”，由于主镜面是固定在地面，FAST不能移动，只能依靠移动馈源舱来实现对目标的跟踪定位，因此FAST的实际使用反射面直径大约为300米。尽管如此，它依然是全球最大的单台射电望远镜。
FAST口径达到500米
在没有超大型射电望远镜的前提下，科学家们为了得到“更大的口径”，以获得更高的观测精度，他们想出了一个法子——使用多台小一些的射电望远镜天线，将这些天线构成一个阵列，用无线电干涉的办法组成一台虚拟的大口径望远镜天线，从而获得更高的信号分辨率。
射电望远镜阵列
理论上，利用超长基线无线电干涉的办法可以模拟一台超大口径的射电望远镜，其直径相当于地球直径大小。2019年，全球多个国家和地区的多台射电望远镜共同合作，经过长时间的观测和复杂计算，获得了全球第一张黑洞的“照片”。实际上，射电望远镜并不能拍摄出照片来，它接收到的只是一些电波信号，只有通过科学家们对电波信号的解读，以及复杂的计算，人们才能还原出遥远天体的图像，并且这结图像所表达的并非可见光信息，而是某些特定元素辐射的信号。
用节点虚拟出一台超大口径射电望远镜
地球上的干扰尽管在射电望远镜接收的主要电磁波（波长7.5cm~15m）频段，大部分的电磁波都可以顺利穿过地球大气层，但对于天文学家而言，地球表面的电磁环境并非完美。
一方面我们地球本身存在磁场，地球内部电磁波通过大气电离层的反射，在低频频段上形成严重的杂波干扰；与此同时，地球表面有众多的无线电通信设备发出复杂的电磁波信号，这些信号中的一部分也会在电离层中来回反射形成干扰波；在地球大气层外运行着数千颗人造卫星，这些卫星有时会穿越望远镜的视角，同时它们也会发射电磁波。因此，射电望远镜需要过滤掉各种复杂的电波，而那些来自遥远星系的微弱信号也一并被抹去了。
地球本身是个电磁波干扰源
为了消除地面杂波的干扰，科学家们被迫将视线转向太空，试图在远离地球的地方为射电望远镜找一个“干净”的落脚点。月球背面就是这样一个理想的去处。
月球的优点作为地球唯一的一颗卫星，月球始终在大约36万公里的距离绕着地球运转。由于潮汐力的作用，月球自转的速度与它绕地球公转的角速度基本相同，这意味着月球始终有一面正对着地球，而它的另一面大约有90%的面积在地球上看不见，我们将背对着地球的那一面称作“月球的背面”。
月球始终有一面背对地球
由于月球距离地球比较远，它自身就像是一个庞大的滤波器遮挡了地球上的电磁波，并且围绕月球飞行的人造卫星寥寥无几，因此月球背面几乎不会受到地球电磁杂波的干扰。实际上自1964年以来，天文学家们一直梦寐以求在这里建设大型射电望远镜。
1992年，美国休斯公司计划在月球背面的恰普雷斯环形山建设一个巨大椭圆形的天线，并向地月拉格朗日L2点发射中继卫星，他们设计了8年，最后没搞成。
1993年、1997年和2015年，美国和欧洲又分别搞了ILFOSS计划、VLFA计划、FARSIDE计划，都是想在月背建设射电望远镜，最后无一例外全都不了了之。
嫦娥四号
嫦娥四号搭载了射电望远镜
到目前为止，唯一成功在月球背面搭建深空探测平台的，只有中国的嫦娥四号月球着陆器。
2018年底，嫦娥四号在月球背面艾特肯盆地冯·卡门撞击坑的预选着陆区成功着陆，它一次就携带了4个极低频射电观测设备，覆盖的频段从0.1MHz到40MHz，频谱分辨率从5KHz到100KHz，动态范围在75dB以上。与此同时，我们的科学家还与荷兰共同研发了一台低频探测器NCLE，NCLE搭载在“鹊桥号”中继卫星上，在地月拉格朗日L2点探测宇宙黑暗时代信号、太阳系行星极光辐射、测定所在位置微波辐射强度、研究地球电离层等。这些试验都取得了圆满成功，并且获得了相当多的科学数据。
嫦娥四号利用鹊桥卫星实现月球背面信号传输
NASA的设想由于嫦娥四号的成功，让全球的科学家们重新点燃了在月球建设深空探测基地的希望。2020年4月初，也就是前不久，美国NASA资助了一项名为LCRT的研究项目。
LCRT是“月球环形山射电望远镜”的简称，它计划在月球背面寻找一个直径3~5千米的陨石撞击坑，利用撞击坑自然的抛物面内壁建设望远镜反射面。如果建成，它将超过中国贵州的FAST，成为全球最大最灵敏的射电望远镜。
LCRT计划
LCRT设想建设的望远镜可以实现对30MHz以下频率电磁波的探测，并且由于其口径巨大，还可能通过观察10-50m波段（即6-30MHz波段）中的早期宇宙来实现宇宙学领域的巨大科学发现，由于地球大气层对大于15m波长的电磁波不透明，这是人类迄今为止对宇宙认识的空白区域。
贵州的500米口径FAST射电望远镜耗资约1亿美元，对于动辄数十亿美元计的天文设备来说这不算什么，但如果在遥远的月球上建设巨型望远镜，资金和技术都将成为巨大的障碍。
为了省钱，LCRT团队计划向月球发射若干个机器人，让机器人在陨石坑里编织一张直径超过1公里的金属网，然后在四边用吊绳连接馈源舱接收信号；信号经过处理后由设置在地月拉格朗日L2点的中继卫星传回地球。嫦娥四号也是这样做的作业。
利用机器人建造射电望远镜
地球不香了吗？与遥远的月球相比，地球明显占着天时地利的优势。只要钱够，我们便可以很从容地选址，找到类似FAST那样的喀斯特地貌建设巨型的射电天文望远镜。事实上FAST只是计划中巨型射电望远镜阵列中的第一台。
地球最大的劣势在于越来越严重的电磁波污染。大气电离层会反射电磁波，还会屏蔽掉我们需要的电磁波信号，同时越来越多的小卫星也是天文学家们挥之不去的恶梦。
所有这一切烦恼在月球上都不存在，那里最大的优点就是干净。
而月球的缺点也很明显，那就是技术复杂，不容易实现，并且相当烧钱。设想早已有之，NASA的12.5万美元顶多够画几张PPT而已，在未来相当长的时间里，我们不会看到美国在月球上建设的巨型望远镜。
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