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投入无底洞的空间望远镜项目,正在终结天文学黄金时代?

时间: 2018年07月03日 | 作者: 马丁·埃尔维斯( | 来源: 平台网址注册鹿鼎(huanqiukexue.com)
JWST的造价从最初设想的10亿美元膨胀到了近90亿美元,几乎把别的项目都排挤掉了。既然没有其他大项目充当备胎,应对JWST技术难题的唯一办法就是继续往这个项目砸钱。


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三个月前,我们报道了詹姆斯·韦伯空间望远镜(JWST)的发射时间再次推迟的消息,这已经是自2005年以来,该望远镜第6次推迟发射计划。(点击阅读:《又双叒叕延期了:耗费近百亿美元,史上最贵望远镜何时接班哈勃?》)

一波未平,就在昨天,NASA又一次推迟了JWST的发射计划——最初计划于2007年发射的JWST,目前的发射日程已经排到不早于2021年3月,项目预算也从最初的不到10亿美元增加到至少88亿美元。这让一些业界人士质疑,这样近乎无底洞的投入是否值得?

在《平台网址注册鹿鼎》2018年5月刊的“注册鹿鼎评论”栏目中,哈佛-史密森尼天体物理学中心的资深天体物理学家马丁·埃尔维斯提出了他的看法:耗费巨资的空间望远镜正在伤害天文学领域。以下为埃尔维斯全文。(本文仅代表其个人观点)


从大约50年前开始,天文学在一个个令人赞叹的发现中高歌猛进。例如,我们在20世纪60年代发现了大爆炸留下的宇宙微波背景辐射,在最近几年找到了数千颗环绕遥远恒星运转的行星。不过,这样的好时光可能到头了。我们有理由担心,不断揭开宇宙奇观神秘面纱的天文学征程即将终结。

我们早期的成功源于通过肉眼不可见的多种波长去观察宇宙,为天文学开启了新的窗口。最初的射电、X射线、紫外和红外望远镜都很小,但通过它们,我们发现的一切都是全新且充满谜团的。接下来的新一代望远镜能力有了飞跃式的进步,帮助我们发现了中子星、黑洞、暗物质、暗能量——这样的例子不胜枚举。

不过,更强大的能力总是伴随着相应的代价。每一代新望远镜的造价都要比前一代高上好几倍。如今,单独一个望远镜就要花掉美国航空航天局(NASA)为“大天文学”准备的10年预算。典型的例子就是计划在明年发射升空的詹姆斯·韦伯空间望远镜(JWST)。JWST的造价从最初设想的10亿美元膨胀到了近90亿美元,几乎把别的项目都排挤掉了。既然没有其他大项目充当备胎,应对JWST技术难题的唯一办法就是继续往这个项目砸钱。

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詹姆斯·韦伯空间望远镜效果图(来源:NASA)

现在这个天文学的黄金时代,其辉煌之处在于我们能够在同一个时间点,使用多个设备观察整个电磁波谱。发现两颗中子星并合发出的引力波就是一个完美的例子:地基探测器发现了那些时空涟漪,而γ射线、X射线和可见光望远镜的后续观测让我们对这一事件的过程有了更深入的认识。在理想的情况下,我们需要好几个同等灵敏的“旗舰”望远镜,与JWST协同工作——而且它们要在同一时期升空运行。

然而,这样的旗舰望远镜单是设计就至少要用5年时间(不过通常要延长到10年)。主要负责红外波段的JWST,观测能力要比它的前任——哈勃望远镜和斯皮策空间望远镜强10~100倍。但是,如果新的旗舰望远镜造价与JWST相仿,要发射下一个望远镜至少也要再等10年。过了这么久,JWST自己都濒临退役了。它的每一个发现,都要再等10年以上才能得到后续观测。到那个时候,我们都忘掉自己最初想要知道些什么了。

但我们并不是只有这一条路可以走。每10年,美国天文学家都会商讨和决定未来要建造什么样的新望远镜,并设定优先级。而在下一次制订这样的“天文学2020”规划时,我们应该要求开展多个新项目。目前至少有6个廉价望远镜的方案,这些望远镜的能力虽不如旗舰望远镜,但也要比它们的前任强得多。其中,既有探测中子星并合的γ射线望远镜,也有观测星系际空间等目标的X射线和紫外望远镜,还有研究恒星和行星形成过程的远红外望远镜。与JWST不同,它们不仅经济实惠的,而且都可以在10年内制造完成。

这种策略的缺点在于,在JWST之后,那些天文学家最渴求、但极为昂贵的旗舰望远镜必须被推迟,直到商业航天产业成熟起来。SpaceX 已经把发射卫星的费用降低到了传统方式的1/3,有可能很快还会降低到1/5。这样的话,发射本身就能节省相当一部分成本。

更便宜的发射服务也能减轻工程师的压力,让他们不必再无休止地寻找更轻、更昂贵的部件,来为望远镜减重。没了这样的限制,望远镜的成本有可能降低2/3。造价的大幅下降,可以让我们把旗舰望远镜的发射频率提高一倍。随着商业航天的发展,更频繁地开展旗舰望远镜项目也是有可能的。

如果我们采用这样的策略,美好的时光不会停止,天文学的黄金时代也不会结束。

翻译:韩晶晶