天文
月球望远镜的建造探索
如果“远望”射电望远镜成功建造，它不仅是天文观测的里程碑，还将展示太空中前所未有的采矿和制造活动。
几个月前，我飞往休斯顿，探访一家名为“月球资源”(Lunar Resources)的小型初创公司。它的目标是建造太阳系最大的望远镜——而不是在地球，而是在月球的远端。休斯顿被称为“太空城”；在从机场的车程中，我路过了宇宙人队的球场，在东NASA公园路的一家麦当劳外，我看到一座巨大的宇航员雕像，手里还举着薯条。我找到了“月球资源”，公司在一个方方正正的建筑中，租用航天承包商洛克希德·马丁的空间。
首席执行官兼联合创始人艾略特·卡罗尔三十三岁，脸庞如天使般圆润，卷发中夹杂着几缕灰色。他虽然在康涅狄格州长大，并曾是对冲基金经理，但今天却穿着黑色的牛仔靴。他带我进入一个看上去临时的会议室——公司尚未进行装修——并打开了一支干擦白板笔。在白板上，他画了一个大圆，代表月球。在这个圆圈内，他画了一个小方块，约有两百平方公里，作为“远望”(FarView)射电望远镜阵列的潜在地点。
与哈勃和詹姆斯·韦伯等望远镜不同，“远望”将由十万个金属天线组成，这些天线将由自主机器人在现场制造，覆盖一个如巴尔的摩般大小的月球区域。卡罗尔在白板上画了一个大方块，里面满是点，每个点代表四百个天线的一个集群；所有集群的灵敏度足以检测冥王星上的手机信号。它们将捕捉到从地球几乎无法探测的光：来自宇宙黑暗时代的无线电波。
为了制定“远望”的计划，私营公司的“月球资源”与多位科学家和大学组成了一个财团。卡罗尔告诉我：“通常，这类任务由大型学术和研究机构推动。但我们说，不，我们想要支持和资助这个天文台的建设。”公司的目标远不止建造望远镜。“远望”将双重作为两项前所未有活动的展示：星际采矿和制造，也就是业界所称的“原位资源利用”。
在太空中建立一个城市规模的结构，至今无人做到，主要是因为将建筑材料从地球运输的天文成本。据一些估计，将一公斤有效载荷送到月球表面的成本可能超过一百万美元。在这样的价格下，月球的殖民几乎不可行，更别提其他星球。这样的努力成功与否几乎依赖于人类从其他天体中采集建筑材料、燃料和水。换句话说，未来的太空探索可能依赖于原位资源利用。最近的一份NASA报告称：“NASA及其合作伙伴必须规划将地球来源的产品过渡到利用原位资源的产品。”
“远望”的基础设施，包括机器人、放大器和计算机，可能需要由像埃隆·马斯克的SpaceX这样的太空承包商进行交付。但“月球资源”相信，携带工具的机器人有朝一日可以在月球表面游荡，首先开采铝和硅，然后制造天线、电线、太阳能电池板，甚至可能在两周的月夜中持续使用的电池。这些创新将为人类如何在太空中生存和工作提供一个试点案例。领导NASA原位资源利用工作的杰拉尔德·桑德斯告诉我，月球殖民“一直在某种程度上是一个梦想”。
如果“远望”建成，可能需要十年或更久，成本也可能超过二十亿美元。但这也是一个更大梦想的一部分：未来的月球矿场或许能够为聚变反应堆生产氦，月球和轨道工厂可能制造无法从地球发射的巨大卫星。月球冰层可以提供氢和氧作为火箭燃料，支持深空旅行。根据专业服务公司普华永道的市场评估，到2040年，月球经济可能价值一千七百亿美元。国防部的研究机构DARPA目前资助十四家公司探索潜在有价值的月球基础设施项目。(例如，诺斯罗普·格鲁曼希望建立一个“月球铁路网络”，利用机器人。)
在接下来的几个世纪，整座月球城市可能会崛起，充满工厂、农场，甚至酒店。项目的主要研究员罗纳德·波利丹告诉我：“回到1600年，当时世界已经被环游一圈。如果你跟人们谈论四百年后的世界经济，没人会猜到会有这样的能力。现在，这扇门才刚开始打开。”
月球望远镜的梦想可以追溯到上世纪六十年代。月球的优势在于远离地球电子设备的干扰；尤其是月球远端，几乎没有来自人类技术或地球磁层的噪声。然而，阿波罗登月后，对月球的兴趣逐渐减弱。如今在科罗拉多大学博尔德分校工作的天体物理学家杰克·伯恩斯自1984年以来一直在倡导建设月球望远镜。他对我说：“我从来没想过会花这么长时间。我就是不接受否定。”如今，伯恩斯是“远望”的首席科学家，同时也是一种迷你“远望”的主要研究员：FARSIDE，它将配备一到两百个天线，而不是十万个。
如果“远望”建成，它将能够探测到宇宙中最古老的光。宇宙在138亿年前以密集且快速扩张的物质和能量汤开始；大约三十八万年后，它的温度降低到氢原子能够结合的程度。之后是宇宙黑暗时代：数百万年没有星星和星系，我们对这一时期知之甚少。但氢偶尔会释放出波长为二十一厘米的光——无线电波。这些光中有一部分至今仍存在。
由于二十一厘米辐射因宇宙持续扩张而拉伸——如今的波长达到数十到数百米——科学家们可以推算出它的年龄及距离。(波长越长，光越古老，来源越遥远。)这意味着，如果科学家们能够在月球上建造射电望远镜，他们将能够绘制出早期宇宙的三维图景。
卡罗尔，月球资源的首席执行官，似乎是这一努力中不太可能的参与者。大学时期，他在北卡罗来纳大学威尔明顿分校共同创办了一家名为Lumina Investments的公司，纽约杂志曾调侃这是“世界上最年轻、最迷糊的对冲基金”。(该公司最终转型为Dalma Capital Management。)几年前，他感到失望，开始问自己：“我接下来五十年都要过这样的生活吗？”虽然他在科学方面背景不多，但他认为太空探索、人工智能和量子计算是增长行业；最终，他选择了太空。“我觉得这是一个有意义且值得追求的事业，”他说。但他也承认：“我们可能会失败。”2017年，他成为Ripple Aerospace的首席财务官，这是一家希望从海洋发射火箭的挪威公司；一年半后，该公司也失败了。
卡罗尔随后对太空中的采矿和制造产生了兴趣。2018年，他和三位研究者一起投资成立了“月球资源”。他们与多所大学的科学家组成了“远望”财团，并在2021年获得NASA先进概念研究所(NIAC)125,000美元的设计开发资金。去年，NASA又拨款60万美元。(“月球资源”也在进行其他项目；我看到了一台为某军事组织准备发射的材料打印测试设备。)
在月球上建造天线之前，首先要在地球上用类似月球上的材料进行实验。因此，月球资源从Off Planet Research购买了“伪月土”，这是一种制造的月球土壤模拟物。(“月壤”是岩石和灰尘的统称。)在参观“月球资源”时，卡罗尔给我一小袋深灰色的沙样。Off Planet的配方结合了几种岩石，包括斜长石和玄武岩，还混入了如钛铁矿、氧化铁和氧化硅等添加剂。
卡罗尔带我来到一个狭小的房间，里面满是测试沉沉重的设备和瓶子。他展示了他们的实验室，正在进行“伪月土”的成分分析和处理，以测试其在月球表面建造天线的可行性。卡罗尔的团队还在探索如何在月球上使用该材料进行3D打印，创造结构和工具。
“远望”的成功不仅是科学突破，还可能重塑人类对太空的理解。随着原位资源利用的推进，月球或许会成为人类探索宇宙的关键跳板，推动我们迈向更远的星际旅程。
本文译自 The New Yorker，由 BALI 编辑发布。