天文学家构想下一代大型空间望远镜

　　来源：中国科学报

HDST的主镜将至少有10米宽。图片来源：NASA/GSFC

　　一队颇具影响力的美国天文学家已经将他们的视野投向了未来最大和最好的空间望远镜——作为深受爱戴的哈勃空间望远镜（HST）的称职“接班人”，有人预测其成本可能高达100亿美元甚至更多。

　　建议的高清空间望远镜（High Definition Space Telescope, HDST）将拥有一个直径为12米的主镜面。这一宽度是2.4米的哈勃空间望远镜的5倍，后者用敏锐的眼光彻底改变了天文学对宇宙的认识；它同时还是詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）宽度的近2倍，后者目前正准备于2018年发射升空。

　　通过直接观测大量太阳系外行星的大气以寻找生命的迹象，HDST将最终回答人类在宇宙中是否孤独的问题。它同时还将戏剧性地重塑关于宇宙如何演化的科学认知。

　　这份报告的联合组长、西雅图华盛顿大学天文学家Julianne Dalcanton表示：“很难说清这将是一幅多么壮观的场景。”

　　华盛顿哥伦比亚特区大学天文学研究协会（Association of Universities for Research in Astronomy, AURA）于7月6日发布的这份报告迄今为止仅仅是一份愿望清单：HDST可能连工程师的绘图板也上不去。但这项研究发布的时候恰逢政府的资助者们开始思考美国下一个十年天文学的重点项目。并且其知名度颇高的作者很可能会影响到美国国家航空航天局（NASA）是否应该在即将到来的下一个十年努力争取另一个伟大的空间天文台项目的讨论。

　　早在1996年，一份类似的AURA报告最终刺激国会和NASA出资并建造了6.5米的JWST。

　　哈勃空间望远镜在今年庆祝了其25岁“生日”并且将不再接受宇航员的维护，据估计它还能再运行五六年。当其停止运转的那一刻，JWST应该已经在轨，但新的空间望远镜将以不同于“哈勃”的波长展开观测——利用红外线而非可见光和紫外线。在JWST之后，NASA队列中的下一个大型空间望远镜被称为大视场红外巡天望远镜（Wide-Field Infrared Survey Telescope），但它也主要依赖红外线进行观测。

　　一旦“哈勃”退役，科学家利用可见光和紫外线观测太空的能力将大打折扣。“我们要做些什么才能填补这一缺口？”AURA报告的合著者之一、马里兰州巴尔的摩市空间望远镜科学研究所天文学家Marc Postman说，“这开始成为一个真正的问题。”

　　Postman指出，HDST将需要一个至少10米的镜面，以便能够观测许多太阳系外行星的大气。这架望远镜的上限12米是由一个可行的火箭系统能够发射到太空中的重量所决定的。

　　像JWST一样，HDST在发射时将是折叠起来的，它将飞往太空中的“L2”稳定引力点——距离地球150万公里，在那里，HDST将像花儿一样绽放。然而与JWST不同的是，HDST在常温下便可以运行，并不需要复杂的冷却系统，正是这一点让价值80亿美元的JWST成本超支并延期发射。

　　报告的作者还试图让两个派系的天文学家团结起来：那些研究系外行星的科学家以及那些研究更广泛的天体物理问题的科学家。“我们认为HDST在许多方面都将成为一部具有革命意义的望远镜。”Postman说，“现在的挑战是让所有的群体都相信这正是他们想要的。”

　　NASA几乎可以肯定要与其他空间机构合作把这一建议变成现实。加利福尼亚州帕萨迪纳市卡内基天文台天文学家Alan Dressler指出，全尺寸HDST很可能会耗资100亿美元甚至更多。他认为支持者可能需要考虑一个缩小版的HDST。

　　哈勃空间望远镜是在地球轨道上并且围绕地球的空间望远镜，它于1990年4月24日在肯尼迪航天中心由“发现”号航天飞机成功发射。哈勃空间望远镜的位置在地球的大气层之上，因此影像不会受到大气湍流的扰动，视相度绝佳又没有大气散射造成的背景光，还能观测会被臭氧层吸收的紫外线，是天文史上最重要的仪器之一。它成功弥补了地面观测的不足，帮助天文学家解决了许多天文学上的基本问题，使得人类对天文物理有更多的认识。此外，哈勃的超深空视场则是天文学家目前能获得的最深入也是最敏锐的太空光学影像。