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天文学是一门观测科学，如何取得更多、更好的实测资料乃天文研究之头等大事。空间天文学的诞生，打破了天文观测囿于在地面上进行的传统方式，大大推进了天文学的发展。人们并不满足于此，仍在寻找更为理想的天文观测基地，目光直指月球。
卫星天文观测及其缺陷
有着悠久历史的天文学，就其观测方式来讲，经历了从肉眼观天到望远镜观测(始于1609年)，从可见光观测到多波段观测(始于1930年代初期)，以及从地面观测到空、司观测(始于1960年)三大具有深远意义的变革。
地面天文观测必然会受到地球大气层各种效应的影响，并在观测对象、资料可靠性以及可观测波段等方面，给天文工作的深入发展带来严重限制，为了从根本上克服这些不利因素的影响，必须把天文望远镜及其后端探测设备送到尽可能远离地球大气层的太空中去，变地面观测为空间观测。
鉴于开展空间观测对于天文工作的重要性，自1957年苏联发射了世界上首颗人造卫星之后不久，美国于1960年即把第一颗天文卫星“索拉德一号”送入近地轨道，成功对太阳进行了紫外和x射线观测迄今世界上多个国家已发射了许多天文卫星，一些项目的造价甚至超过10亿美元，如著名的“哈勃空间望远镜”(HST)耗资高达20亿美元。有的空间天文观测项目已不限于人造卫星，或可称为人造行星，如2003年8月25日美国发射的斯必泽红外空间望远镜(SST)采用了绕日运动轨道——位于地球公转方向之后随地球绕太阳运动，因为距地球远在千万公里之外，能彻底避开地球红外辐射的干扰。
空间天文观测尽管耗资不菲，但取得的科学回报极为丰硕，大大扩展了人类对宇宙中各类天体及天文现象之物理本质的认识。如HST观测到100多亿光年远的星系，使天文学家有可能追溯宇宙发展的早期历史SST投入工作之后重要发现接踵而来，包括观测到宇宙大爆炸之后1亿年就已形成的第一代恒星，拍摄到太阳系外行星的首幅图像等。
人们已充分认识到卫星所处的空间环境要比地面天文台优越得多，但同时也认识到，在近地轨道上运行的卫星和卫星上的探测仪器，还是会受到地球高层大气的种种不利影响。
首先，高层大气尽管很稀薄，但仍会对近地卫星的运动产生阻力，从而使其运行轨道不断降低。若不适时重新推动卫星，观测设备的工作寿命必然大受限制，而要做到这一点需有高技术支撑。
其次，近地卫星运行的速度接近每秒8公里，它们与大气微粒高速相碰时卫星上的仪器有可能受到损坏，日益增多的太空垃圾更是空间探测设备的潜在致命“杀手”，而且这种可能性很难预测。
第三，失重环境下，为保证望远镜能做到对大量不同目标天体的实时高精度指向和跟踪，需要很复杂的装置和技术手段，并会影响到望远镜的工作效率。
第四，由于近地卫星约以90分钟为周期绕地球运转，星载望远镜的连续工作时间不可能很长，天文观测的科学目标会受到一定的限制。
最后，一旦仪器出现故障，派人去维修的风险和代价都很大。迄今也只有啥勃望远镜曾多次由航天飞机送宇航员去进行实地人工维修并取得成功，但维修工作的成本非常高。
要是把望远镜放到更高、更远的轨道上去(如SST)，残余大气影响会大为降低，甚至完全不存在，观测环境和效率将明显改善，但对飞行器上的仪器进行维修就更困难了，或者根本不可能。
未来的天文观测基地——月球
要想从根本上克服上述缺陷，需要为天又望远镜寻找比人造卫星更好的观测平台，于是人们想到了地球的近邻——月球。
自阿波罗载人登月计划实施后不久，已有人开始探讨在月球上开展天文观测的可能性，于是诞生了“月基天文学”的概念。早在20世纪80年代后期，有关科学家曾在美国召开了一系列会议，对涉及开展月基天文观测的一些问题进行了较详细的探讨。随着空间技术的进展，在未来几十年内人类完全有可能开始筹建月球工作基地，并进而开发、利用月球上的资源，把望远镜放到月球上去很可能成为首选项目之一。因为历史告诉我们，天文学总是空间探测优先考虑的基础研究学科：1957年第一枚人造卫星上天后的第4年，即发射了第一颗天文卫星；1969年人类乘“阿波罗11号”首次登月之际，便在月球上安置了用于月球激光测距的后向反射器：
事实上，月球作为天文观测基地，有着人造卫星无法企及的一些重要优点。
月球上没有空气，表面环境处于超真空状态，绝无大气因素引起的诸多不利影响。月球直径约为3480公里，它的巨大表面能为天文望远镜提供一个极为稳定的安置平台，可以采用类似于地球上所用的安装、指向和跟踪系统，与失重状态下的星载设备相比可以做得较为简单月球表面重力只及地球表面重力的六分之一，且绝对没有风，因而在月面上建造大型设备，包括望远镜本体和圆顶观测室，其技术要求甚至会比地球上还要低。未来，随着月球基地的不断成熟，天文观测所需的人力、物力支援可以就近提供，甚至仪器的所有零部件都能由技术人员实地进行维护和更新，而这类工作对于卫星来说是相当困难的。如果再想得远一些，经充分开发之后，月球还可望能逐步为人们在那里工作和生活提供必需的原材料和资源。
从天文观测的要求来看，月一地距离超过38万公里，地球上人类活动对月球的影响要比对卫星小得多。鉴于自转周期与绕地球的公转周期相等，月球总是以差不多同样的半个球面朝向地球，要是把观测仪器放在月球背面，地球和地球人活动的影响就近乎完全不存在。由于没有大气，即使在白天，除太阳所处的小部分天区外，月球天空可以说是全黑的，月面望远镜能观测到几乎所有的天区：再有，月球自转周期长达近一个月，远长于地球的自转周期(一天)，而近地卫星绕地球的公转周期仅约为90分钟或略长一些，月面望远镜能通过长时间累积曝光，探测到星载设备和地面望远镜所无法探测到的暗天体。
最后，就天文学距离尺度和现代技术而言，月球离地球相当近，无线电信号往返地一月之间历时还不到2.6秒，天文观测可以很方便地从地球上通过遥控方式自动进行，所获得的观测数据不难及时送回地球进行处理，天文学家也无需亲自登月观测。几乎所有的观测工作都是全自动的，可以由地球上的天文学家来遥控实施，但必要时可迅即得到现场技术支撑。这将是天文观测的又一场革命，能使空间天文的投资得到更为有效的使用。
读者也许会想到，月球距离地球比近地卫星要远1000倍左右，把望远镜送上月球耗资巨大。但是，在这一点上首先需考虑的不是飞行目标距离的远近，更重要的是飞行器到达目的地所需能量的大小，因为在奔赴月球(或者太阳系其他天体)的绝大部分旅程中，飞行器是不需要耗费能量的。就目前的技术而言，登月所需的 能量只比发射近地卫星大一倍左右，而随着航天技术的进步，这一差距有望进一步缩小。
两条可能的实施途经
如何实施对月球的天文开发?这里也许可以采取两条不同的途经，这就是被动的“搭载”方式和主动的“促进”方式。
载人空间飞行已有几十年的历史，人类已充分表明自己有能力进入宇宙空间，包括登陆月球和到达遥远的太阳系行星。随着科学技术的高速发展，完全有可能在月球上建立居人的基地。目前，一些国家都已制订了若干庞大的载人空间计划，彼此间的竞争和合作将会促使月球基地的早日出现。显然，继载人空间站之后，月球必将成为建立永久性基地的下一个目标，而且也只有在月球这个离地球相对较近的基地上取得更多的载人空间活动的经验之后，人类才有可能向更远的宇宙空间进军，比如说到火星上去。因此，一旦居人月球基地逐步得以建立，天文学家完全可以、而且也应该采用“搭载”的方式开展月球天文观测。毫无疑问，在最初几十年内，为在月球上建立和维持技术人员的生活和工作条件其代价是十分可观的，这种状况一直要延续到月球上的自给自足达到一定程度，并且运输费用大大降低之时尽管如此，不论从哪个角度来看，在月球上开展天文工作所需追加的费用相比之下是不大的而且，月球上的具体条件，可以使地面上的同类仪器以某种简化形式由宇肮员在月面上进行安装、维护，同时全部观测及资料处理工作则可以在地球上进行遥控。
这条途径是被动式的，在月球基地未达到初具规模之前，月基天文尚不能开展全面、有效的工作。
另一种观点认为，天文学家应当理直气壮地呼吁，开发月球基地的费用自然应是人类为探索、开发以至深入研究太阳系所必须付出之代价的一部分，或者说开发月球费用中的一部分就应该花在天文工作上
事实上，若干极重要的基本天文课题，绝对必须通过在月球上设置天文仪器来加以探索和回答，舍此并无第二条路可走
从这个观点来看，天文学家不应采取被动、等待的态度，而应成为大力开发月球的重要驱动者，并且应该对除天文观测设备自身费用之外的某些基本设施所需的费用提出要求，应主动、全力促使早日建成月球基地。
除上述开发月球天文的途径外，另一个重要问题是，所有月面设备是否都必须有人参与维护?全自动系统无疑是最为快捷、省钱的工作模式——利用一些软着陆登月器，即可把一些简单的小型天文望远镜(如组成射电望远镜阵的单天线之类专用设备等)安置在月球上，并较容易实现全自动遥控操作。然而，这恐怕难以作为适用于月球上各类望远镜的通行工作模式。月球提供了坚实的观测平台，但全自动遥控操作必须为其复杂性所需的额外设计和制造费用付出高昂的代价。不仅如此，很难设想没有人参与能成功安置大而复杂的观测设备，重要的月球天文开发工作肯定要有人的现场参与，在早期阶段这种参与可能还是很频繁的。望远镜可以在为期较短的登月时段中安装好，然后必要时还得由人来加以维修以至改进，一些大的系统可能会需要人的经常性参与。当然，一旦有能力建造这类设备，人的维护自然就不成问题了。
可以预料，首个月球基地在天文学上的作用会有点像欧洲南方天文台那样的联合机构，不同国家的研究组织将分别提供各类望远镜和其他设备，并共同分担对仪器的操作和维护以及相关的费用。预期在最初10年内，这类仪器通常只各自起到单一的作用，它们应该是比较简单而又经济、可靠，并且有着明确的工作目标。比如简单的多色测光望远镜，简单的高分辨率成像望远镜，专用的行星成像望远镜，简单的分光望远镜，用于深空紫外和近红外巡天的大视场望远镜，红外望远镜，两单元以及多单元光学和红外干涉仪，月一地甚长基线天线阵，以及手提式的x射线和伽玛射线望远镜，等等。
将来定能实现
凡事都有其两面性，尽管未来的月基天文观测有许多地面观测和卫星空间观测所不及的优点，但同时也有自身一些难度很高、而又必须解决的困难，在付诸实施前许多重要的细节问题有待进一步深入探究
阿波罗计划的成功，使人们实现了载人登月，对月球有了许多新的认识，然而这对于在月球表面作大范围活动、建立月球基地以及开展实际天文工作还是远远不够的——人类如何才能在真空条件下长期、有效地工作?如何防御微陨星、宇宙线以及太阳风粒子对月球上人的威胁以及对望远镜和探测设备的影响?怎样克服月球表面昼夜温度的剧烈变化?此类问题必须解决，而人类目前对其认识还是很不够的。
为此，开展月基天文学的稳妥做法是，先计划一些小型且自动化程度较高的试验性仪器，由此取得经验，然后再考虑中型、大型以至超大型的望远镜系统还有，月面天文台的最终建立不仅取决于科学技术方面的因素，而且必然会涉及到国际性的合作、真正实现月球天文观测无疑还需走很长的路，月球基地的充分开发和利用更是一项耗资巨大的工程不过可以有充分的理由相信，人类必将会克服种种困难，朝着这一既定目标稳步前进，并在这一进程中，把自身的科技水平和对宇宙的认识提到崭新的高度。科学目标首先是要合理设想，然后努力去做，直至最后做成请记住，科学技术的发展永无止境，而且越是近代发展得越快——100多年前地球上还没有出现飞机，现在普通民众坐飞机去公干或者旅游已成为平常事40年前手机尚未问世，今天小巧玲珑的手机几乎已人手一部，而未来其功能之强则无人能预言——到月球上去进行天文观测也必然会经历一个发展过程，尽管现在看来好像有点想入非非。
(作者单位：中国科学院上海天文台)
卫星天文观测及其缺陷
有着悠久历史的天文学，就其观测方式来讲，经历了从肉眼观天到望远镜观测(始于1609年)，从可见光观测到多波段观测(始于1930年代初期)，以及从地面观测到空、司观测(始于1960年)三大具有深远意义的变革。
地面天文观测必然会受到地球大气层各种效应的影响，并在观测对象、资料可靠性以及可观测波段等方面，给天文工作的深入发展带来严重限制，为了从根本上克服这些不利因素的影响，必须把天文望远镜及其后端探测设备送到尽可能远离地球大气层的太空中去，变地面观测为空间观测。
鉴于开展空间观测对于天文工作的重要性，自1957年苏联发射了世界上首颗人造卫星之后不久，美国于1960年即把第一颗天文卫星“索拉德一号”送入近地轨道，成功对太阳进行了紫外和x射线观测迄今世界上多个国家已发射了许多天文卫星，一些项目的造价甚至超过10亿美元，如著名的“哈勃空间望远镜”(HST)耗资高达20亿美元。有的空间天文观测项目已不限于人造卫星，或可称为人造行星，如2003年8月25日美国发射的斯必泽红外空间望远镜(SST)采用了绕日运动轨道——位于地球公转方向之后随地球绕太阳运动，因为距地球远在千万公里之外，能彻底避开地球红外辐射的干扰。
空间天文观测尽管耗资不菲，但取得的科学回报极为丰硕，大大扩展了人类对宇宙中各类天体及天文现象之物理本质的认识。如HST观测到100多亿光年远的星系，使天文学家有可能追溯宇宙发展的早期历史SST投入工作之后重要发现接踵而来，包括观测到宇宙大爆炸之后1亿年就已形成的第一代恒星，拍摄到太阳系外行星的首幅图像等。
人们已充分认识到卫星所处的空间环境要比地面天文台优越得多，但同时也认识到，在近地轨道上运行的卫星和卫星上的探测仪器，还是会受到地球高层大气的种种不利影响。
首先，高层大气尽管很稀薄，但仍会对近地卫星的运动产生阻力，从而使其运行轨道不断降低。若不适时重新推动卫星，观测设备的工作寿命必然大受限制，而要做到这一点需有高技术支撑。
其次，近地卫星运行的速度接近每秒8公里，它们与大气微粒高速相碰时卫星上的仪器有可能受到损坏，日益增多的太空垃圾更是空间探测设备的潜在致命“杀手”，而且这种可能性很难预测。
第三，失重环境下，为保证望远镜能做到对大量不同目标天体的实时高精度指向和跟踪，需要很复杂的装置和技术手段，并会影响到望远镜的工作效率。
第四，由于近地卫星约以90分钟为周期绕地球运转，星载望远镜的连续工作时间不可能很长，天文观测的科学目标会受到一定的限制。
最后，一旦仪器出现故障，派人去维修的风险和代价都很大。迄今也只有啥勃望远镜曾多次由航天飞机送宇航员去进行实地人工维修并取得成功，但维修工作的成本非常高。
要是把望远镜放到更高、更远的轨道上去(如SST)，残余大气影响会大为降低，甚至完全不存在，观测环境和效率将明显改善，但对飞行器上的仪器进行维修就更困难了，或者根本不可能。
未来的天文观测基地——月球
要想从根本上克服上述缺陷，需要为天又望远镜寻找比人造卫星更好的观测平台，于是人们想到了地球的近邻——月球。
自阿波罗载人登月计划实施后不久，已有人开始探讨在月球上开展天文观测的可能性，于是诞生了“月基天文学”的概念。早在20世纪80年代后期，有关科学家曾在美国召开了一系列会议，对涉及开展月基天文观测的一些问题进行了较详细的探讨。随着空间技术的进展，在未来几十年内人类完全有可能开始筹建月球工作基地，并进而开发、利用月球上的资源，把望远镜放到月球上去很可能成为首选项目之一。因为历史告诉我们，天文学总是空间探测优先考虑的基础研究学科：1957年第一枚人造卫星上天后的第4年，即发射了第一颗天文卫星；1969年人类乘“阿波罗11号”首次登月之际，便在月球上安置了用于月球激光测距的后向反射器：
事实上，月球作为天文观测基地，有着人造卫星无法企及的一些重要优点。
月球上没有空气，表面环境处于超真空状态，绝无大气因素引起的诸多不利影响。月球直径约为3480公里，它的巨大表面能为天文望远镜提供一个极为稳定的安置平台，可以采用类似于地球上所用的安装、指向和跟踪系统，与失重状态下的星载设备相比可以做得较为简单月球表面重力只及地球表面重力的六分之一，且绝对没有风，因而在月面上建造大型设备，包括望远镜本体和圆顶观测室，其技术要求甚至会比地球上还要低。未来，随着月球基地的不断成熟，天文观测所需的人力、物力支援可以就近提供，甚至仪器的所有零部件都能由技术人员实地进行维护和更新，而这类工作对于卫星来说是相当困难的。如果再想得远一些，经充分开发之后，月球还可望能逐步为人们在那里工作和生活提供必需的原材料和资源。
从天文观测的要求来看，月一地距离超过38万公里，地球上人类活动对月球的影响要比对卫星小得多。鉴于自转周期与绕地球的公转周期相等，月球总是以差不多同样的半个球面朝向地球，要是把观测仪器放在月球背面，地球和地球人活动的影响就近乎完全不存在。由于没有大气，即使在白天，除太阳所处的小部分天区外，月球天空可以说是全黑的，月面望远镜能观测到几乎所有的天区：再有，月球自转周期长达近一个月，远长于地球的自转周期(一天)，而近地卫星绕地球的公转周期仅约为90分钟或略长一些，月面望远镜能通过长时间累积曝光，探测到星载设备和地面望远镜所无法探测到的暗天体。
最后，就天文学距离尺度和现代技术而言，月球离地球相当近，无线电信号往返地一月之间历时还不到2.6秒，天文观测可以很方便地从地球上通过遥控方式自动进行，所获得的观测数据不难及时送回地球进行处理，天文学家也无需亲自登月观测。几乎所有的观测工作都是全自动的，可以由地球上的天文学家来遥控实施，但必要时可迅即得到现场技术支撑。这将是天文观测的又一场革命，能使空间天文的投资得到更为有效的使用。
读者也许会想到，月球距离地球比近地卫星要远1000倍左右，把望远镜送上月球耗资巨大。但是，在这一点上首先需考虑的不是飞行目标距离的远近，更重要的是飞行器到达目的地所需能量的大小，因为在奔赴月球(或者太阳系其他天体)的绝大部分旅程中，飞行器是不需要耗费能量的。就目前的技术而言，登月所需的 能量只比发射近地卫星大一倍左右，而随着航天技术的进步，这一差距有望进一步缩小。
两条可能的实施途经
如何实施对月球的天文开发?这里也许可以采取两条不同的途经，这就是被动的“搭载”方式和主动的“促进”方式。
载人空间飞行已有几十年的历史，人类已充分表明自己有能力进入宇宙空间，包括登陆月球和到达遥远的太阳系行星。随着科学技术的高速发展，完全有可能在月球上建立居人的基地。目前，一些国家都已制订了若干庞大的载人空间计划，彼此间的竞争和合作将会促使月球基地的早日出现。显然，继载人空间站之后，月球必将成为建立永久性基地的下一个目标，而且也只有在月球这个离地球相对较近的基地上取得更多的载人空间活动的经验之后，人类才有可能向更远的宇宙空间进军，比如说到火星上去。因此，一旦居人月球基地逐步得以建立，天文学家完全可以、而且也应该采用“搭载”的方式开展月球天文观测。毫无疑问，在最初几十年内，为在月球上建立和维持技术人员的生活和工作条件其代价是十分可观的，这种状况一直要延续到月球上的自给自足达到一定程度，并且运输费用大大降低之时尽管如此，不论从哪个角度来看，在月球上开展天文工作所需追加的费用相比之下是不大的而且，月球上的具体条件，可以使地面上的同类仪器以某种简化形式由宇肮员在月面上进行安装、维护，同时全部观测及资料处理工作则可以在地球上进行遥控。
这条途径是被动式的，在月球基地未达到初具规模之前，月基天文尚不能开展全面、有效的工作。
另一种观点认为，天文学家应当理直气壮地呼吁，开发月球基地的费用自然应是人类为探索、开发以至深入研究太阳系所必须付出之代价的一部分，或者说开发月球费用中的一部分就应该花在天文工作上
事实上，若干极重要的基本天文课题，绝对必须通过在月球上设置天文仪器来加以探索和回答，舍此并无第二条路可走
从这个观点来看，天文学家不应采取被动、等待的态度，而应成为大力开发月球的重要驱动者，并且应该对除天文观测设备自身费用之外的某些基本设施所需的费用提出要求，应主动、全力促使早日建成月球基地。
除上述开发月球天文的途径外，另一个重要问题是，所有月面设备是否都必须有人参与维护?全自动系统无疑是最为快捷、省钱的工作模式——利用一些软着陆登月器，即可把一些简单的小型天文望远镜(如组成射电望远镜阵的单天线之类专用设备等)安置在月球上，并较容易实现全自动遥控操作。然而，这恐怕难以作为适用于月球上各类望远镜的通行工作模式。月球提供了坚实的观测平台，但全自动遥控操作必须为其复杂性所需的额外设计和制造费用付出高昂的代价。不仅如此，很难设想没有人参与能成功安置大而复杂的观测设备，重要的月球天文开发工作肯定要有人的现场参与，在早期阶段这种参与可能还是很频繁的。望远镜可以在为期较短的登月时段中安装好，然后必要时还得由人来加以维修以至改进，一些大的系统可能会需要人的经常性参与。当然，一旦有能力建造这类设备，人的维护自然就不成问题了。
可以预料，首个月球基地在天文学上的作用会有点像欧洲南方天文台那样的联合机构，不同国家的研究组织将分别提供各类望远镜和其他设备，并共同分担对仪器的操作和维护以及相关的费用。预期在最初10年内，这类仪器通常只各自起到单一的作用，它们应该是比较简单而又经济、可靠，并且有着明确的工作目标。比如简单的多色测光望远镜，简单的高分辨率成像望远镜，专用的行星成像望远镜，简单的分光望远镜，用于深空紫外和近红外巡天的大视场望远镜，红外望远镜，两单元以及多单元光学和红外干涉仪，月一地甚长基线天线阵，以及手提式的x射线和伽玛射线望远镜，等等。
将来定能实现
凡事都有其两面性，尽管未来的月基天文观测有许多地面观测和卫星空间观测所不及的优点，但同时也有自身一些难度很高、而又必须解决的困难，在付诸实施前许多重要的细节问题有待进一步深入探究
阿波罗计划的成功，使人们实现了载人登月，对月球有了许多新的认识，然而这对于在月球表面作大范围活动、建立月球基地以及开展实际天文工作还是远远不够的——人类如何才能在真空条件下长期、有效地工作?如何防御微陨星、宇宙线以及太阳风粒子对月球上人的威胁以及对望远镜和探测设备的影响?怎样克服月球表面昼夜温度的剧烈变化?此类问题必须解决，而人类目前对其认识还是很不够的。
为此，开展月基天文学的稳妥做法是，先计划一些小型且自动化程度较高的试验性仪器，由此取得经验，然后再考虑中型、大型以至超大型的望远镜系统还有，月面天文台的最终建立不仅取决于科学技术方面的因素，而且必然会涉及到国际性的合作、真正实现月球天文观测无疑还需走很长的路，月球基地的充分开发和利用更是一项耗资巨大的工程不过可以有充分的理由相信，人类必将会克服种种困难，朝着这一既定目标稳步前进，并在这一进程中，把自身的科技水平和对宇宙的认识提到崭新的高度。科学目标首先是要合理设想，然后努力去做，直至最后做成请记住，科学技术的发展永无止境，而且越是近代发展得越快——100多年前地球上还没有出现飞机，现在普通民众坐飞机去公干或者旅游已成为平常事40年前手机尚未问世，今天小巧玲珑的手机几乎已人手一部，而未来其功能之强则无人能预言——到月球上去进行天文观测也必然会经历一个发展过程，尽管现在看来好像有点想入非非。
(作者单位：中国科学院上海天文台)