周一 · 知古通今|周二 · 牧夫专栏
周三 · 太空探索|周四·观测指南
周五·深空探索|周六·茶余星话|周日·视频天象
原文链接：https://www.universetoday.com/articles/radio-telescopes-on-the-moon-could-let-us-observe-dozens-of-black-hole-shadows
编译：齐岳
校对：牧夫天文校对组
后期：王启儒
责任编辑：王启儒
这幅概念图描绘了一座位于月球背面陨石坑中的射电望远镜。Vladimir Vustyansky / NASA
Credit：Vladimir Vustyansky / NASA
目前为止，人类直接成像的超大质量黑洞有两个：M87*和人马座A*。能取得这样的图像无疑是令人惊叹的成就，但恐怕仅有这两个黑洞能被直接成像了。除非，我们能在射电天文学方面更上一层楼。
射电天文学家想获取一张高分辨率的图像是十分困难的。与可见光纳米量级的波长相比，无线电波的波长可达毫米级别，甚至更长。由于射电望远镜的分辨率取决于口径与波长之比，望远镜必须建造得非常大；抛物面口径差不多10千米的射电望远镜，分辨率只能与一台大型光学望远镜相当。正因如此，人们转而建设射电望远镜阵列，每一个成员望远镜的口径更小；利用干涉原理，这样的阵列就相当于一个口径等于阵列长度的单体望远镜。
M87*和人马座A*的视大小都是大约40微角秒，堪比从地球看月球表面的一个棒球。为了观测视大小如此之小的天体，天文学家们不得不建造一个地球那么大的“虚拟”望远镜——当然，这是以上文中阵列的方式实现的。成员望远镜遍布全世界形成阵列，然而即使这样，它——事件视界望远镜（the Event Horizon Telescope, EHT）——的分辨率也只有20微角秒，部分导致那两张黑洞的照片相当模糊。对EHT的升级可让分辨率达到10微角秒，但最多也就这样了。
很不幸，M87*和人马座A*是我们临近的超大质量黑洞中视大小最大的两个了。而且M87*格外明亮，这降低了对其的观测难度。我们想要观测的黑洞还有数十个，它们都超出了EHT力所能及的范围。所以，为什么不建一个更大的“虚拟”望远镜呢？
发表在arXiv上的一篇文章中讨论了这件事。在月球上架设一台射电望远镜的想法之前已经被提出了多次。其核心想法是，望远镜应位于月球背面，以规避来自地球的射电噪声，形成一个口径等于地月间距的“虚拟”望远镜。在这篇最新文章中，作者考虑了五个可能的架设地点：两个在背向地球的一面，两个在朝向地球的一面，还有一个在月球南极。多重地点的设置使天文学家在月球绕地球和太阳运行而改变朝向时仍能持续观测深空。
能用地月射电望远镜阵列观测的黑洞的视大小与亮度对比图。
Credit：Zhao, et al.
这个地月阵列望远镜的灵敏度会取决于其整体上有多大，但假设其灵敏度与目前地基天文台相当的话，能不能很好地看到其他黑洞就主要受限于分辨率了。这又取决于地球、月球与观测目标之间的位置关系。如果地月沿着观测视线排列，那月球上的望远镜单元就没什么用了。但若观测目标的基线长度达到满月半径，则分辨率能做到小于1微角秒。
研究团队研究了地月系统相对临近黑洞的方位关系，找出了包括仙女座星系的超大质量黑洞到天鹅座A*（位于760光年外一个射电星系的中心）在内将近30个可被观测的黑洞。
想用上月球望远镜还得数十年时间，大量的工程难题还未被克服。但正如此篇文章的研究表明，我们有必要直面这些挑战。月球天文台不仅能捕捉到一些暗弱的射电天体，还将以前所未有的细节展现黑洞周围的光线。
参考：Zhao, Shan-Shan, et al. "Beyond Sgr A* and M87*: Sub-Microarcsecond Black Hole Shadow Detection via Lunar-based Extremely Long Baseline Interferometry." *arXiv preprint* arXiv:2601.02812 (2026).
——The End——
『天文湿刻』 牧夫出品
微信公众号：astronomycn
谢谢阅读