从上世纪七十年代末期开始，多个国家先后发射了数十颗专门用于测量太阳和地球辐射的人造地球卫星。然而，人造地球卫星存在一些不足，重要原因在于其对地观测视角有限，而且不是长期稳定的观测平台，难以对地球进行长周期大尺度的连续观测。
因此，有必要从一个全新的角度和途径来精确观测地面—大气系统辐射能量收支，进而探究全球气候变化机理。为进一步提升对地观测能力，遥感领域著名学者郭华东院士曾提出构建月基对地观测平台，利用传感器组对地球的宏观现象进行监测的构想。
作为地球唯一的自然卫星，月球的自转被地球潮汐锁定，正面永远朝向地球，在月球正面设置对地球的观测装置，可以简化探测器的指向跟踪模式，连续同步得到半个地球的热环境遥感及其时间变化信息。“月面对地观测具备长期一致性、整体性、稳定性以及唯一性这几大优势，有望成为一个独特的对地观测平台。”平劲松指出。
此外，在空间天气与环境的科学研究和监测方面，比较典型的需求是使用极紫外波段的传感器，精细监测地球等离子体层和磁层结构特征，监测地球两极和电离层上部爆发辐射的千米波长电磁波和高层大气雷电环境，以及在不同月像状况下监测这些等离子体层结构、爆发辐射与太阳风和地球磁鞘层之间的耦合关系。
借力月面装置 探测低频引力波
自上世纪六十年代起，人类先后在月面设置了5个激光反射镜。天文学家可以在地球上向设置在月面的激光反射镜发射激光，并捕捉反射回来的光束，进行激光测距实验，对地月系统动力学演化展开研究。
“这一研究持续了数十年。在地月之间38万公里的距离上，目前距离测量精度达到了2—3厘米，速度测量精度达到了20微米/秒。”平劲松介绍，该研究发现月球每年以3.5厘米左右的速度远离地球，最早在空间领域验证了广义相对论引力延迟效应。
有学者提出，未来借助在月面设置高性能原子钟、微波转发装置、多普勒测速仪、相位距离测量装置等，有希望在地月空间的微波或激光链路上开展空间低频引力波的探索。
同时，借助在月面设置时间频率基准装置，可以更有效地通过地月链路获得地球和月球转动异常信息，揭示导致转动异常的星球内部物质及其动力学分布特性。
此外，结合绕月卫星、地球轨道卫星和地月激光测距，科学家认为，将有机会检测地月空间和绕太阳飞行轨道上是否存在可被感知质量的暗物质。
搭建月球基地 面临诸多挑战
借助空间平台开展低频引力波探测，假设测量精度相同，在更长的距离和质量更大的天体周围会获得更加灵敏的探测能力。如果在地火、地木、地土距离上开展高精度微波测量，会比在地月距离上开展引力理论的验证更有利。
“但从可及性、成本和天然条件等因素综合考虑，和其他天体相比，在月球上搭建科学设施，开展科学探测的可能性最大。”平劲松认为。其中，对设备规模要求不高的月面探测研究，如地月动力学、对地空间天气遥感、月球背面单元低频射电天文观测等，已经具备了一定的技术条件，实现相应科学研究目标的技术可行性相对较高。
然而，对于那些需要依靠大规模设备开展的月面探测，无论是依托无人基地还是有人基地，技术上仍存在许多瓶颈。包括搭建高能物理装置、月背低频射电天文巨型阵列、月基对地遥感观测等，都必须建立在对月球成熟开发的基础上，具备形成月球基地的条件后才有可能实施。
“可以看出，月球基地本身的建设技术，实际上构成了在月球上开展相关科学探索最大的技术瓶颈。”平劲松指出。
