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下一代大型太空望远镜

时间:2019-03-22|栏目: 天文 • 物理 |点击:13

    撰文 李 · 比林斯(Lee Billings) 翻译 李想

    下一代大型太空望远镜

    “最高产望远镜”这顶桂冠毫无疑问要颁给哈勃太空望远镜。但哈勃已经时日无多,它的仪表和所处的轨道高度都不在最佳状态,而它的“寿终正寝”,意味着天体物理学和宇宙学将出现巨大的数据收集空白。由于地球大气层的过滤作用,要观测紫外波段的光波只能到哈勃望远镜所在的外太空中。而NASA的下一代望远镜——不论是有6.5米口径的詹姆斯·韦伯太空望远镜(James Webb Space Telescope),还是由红外间谍卫星改装的2.4米口径宽视场红外巡天望远镜(WFIRST)——均不能填补这一波段的观测空白。“等哈勃望远镜玩完,这一切也要跟着玩完,”美国航空航天局戈达德太空飞行中心的天体物理学家约翰·马瑟(John Mather,2006年诺贝尔物理学奖获得者)说,“我们所有的计划中,没有一个继任者能接过哈勃的重担。”

    马瑟和其他天文学家提议打造一个超大型继任者,继任者镜面的直径达到了10~12米,是哈勃望远镜的4~5倍。这样的大小应该能满足天文学家“愿望单”上头几个项目的要求了,例如重新认识遥远星系、观测外太阳系的行星以及在类地行星上搜寻生命迹象。这个继任者暂时命名为高分辨率太空望远镜(High-Definition Space Telescope,HDST),能和哈勃一样观测可见光波段、紫外波段和近红外波段的射线。HDST的观测镜不负“高分辨率”的名号,可以分辨宇宙另一端300光年大小的星系结构。这将有助于我们理解恒星的形成以及暗物质、暗能量的性质,并探究数十个类地行星是否具有外星生命的迹象。该计划于美国大学天文研究协会的夏季报告中被首次提出。

    与HDST相关的一些研究人员则担心,无论对这样一个强有力设备的呼声有多高,任何超大型太空望远镜的方案都会被扼杀于“摇篮”中,尤其是最近,因为虽然大型观测设备对天文学研究用处很大,但它们的费用也同天文数字一般大。“自从韦伯望远镜项目启动,NASA就变得越来越保守,”韦伯望远镜的高级项目科学家马瑟说。韦伯望远镜最初定于2011年发射、预算金额16亿美元,但目前发射计划推迟到不早于2018年10月,费用则上涨到了近90亿美元。马瑟说:“在韦伯望远镜几乎因成本超支‘流产’后,没人再考虑大型望远镜的事了。”

    HDST相关的天文学家都没有公开地猜测这样大小的一个望远镜的可能造价,但都承认这个数字一定不会小。鉴于HDST的造价尚无定论,评论家的建议是,一个小一些、韦伯望远镜大小的宽频带望远镜也许能更好地服务于科研。另一些人则认为,正在建造中的新一代地基30米级望远镜可以完成大部分的科研项目,而花费则只需HDST的数分之一。

    但美国太空望远镜科学研究所的天文学家马克·波斯特曼(Marc Postman,HDST报告的共同撰写人)指出,这些方案不大可能为空间科学家提供想要的答案。在地球厚厚的大气层下进行观测,即便是最大的地基观测设备也会因星光被大气湍流扭曲而受到影响,大气层的化学反应所发出的微弱气辉则会毁了精密的观测结果。此外,不论是地基望远镜还是韦伯太空望远镜,都无法直接拍摄或分析大量的系外行星,找到支持生命的星球将因此变得更加渺茫。对于一些问题而言,只有大型、宽频带的太空望远镜有希望找到答案。

    报告的撰写人说,理想的望远镜有望在21世纪30年代的前几年发射升空,但前提是NASA和其他宇航局从现在就开始实施这个计划。哈勃望远镜的最终继任者将像哈勃望远镜一样,给天体物理学带来飞跃,但这需要投入的不仅仅是大笔资金,还有更多的时间。波斯特曼解释道:“一小步一小步地挪动是不会带来对宇宙的颠覆性认识的。”

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