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來源:大纪元
NASA曾经提出的一个新一代天文望远镜LUVOIR的示意图。(NASA)
【大纪元2023年01月16日讯】（大纪元记者林达编译报导）天文学家总是在寻找下一个大目标。在美国天文学会于1月8日-12日举行的年会上，研究人员挤进了一个只能站立的会议室，聆听关于韦伯望远镜之后下一个宏大天文望远镜的计划。韦伯太空望远镜（JWST）长6.5米，自2022年开始，由于它的成功运行，美国宇航局（NASA）准备建造一架与它一样大的望远镜，以寻找类地行星上的生命迹象。不过这个新的望远镜也许要等到2040年代初才能建成。
NASA天体物理学部主任马克‧克莱宾（Mark Clampin）告诉听众，关于这架望远镜的事情尚无定论，但他所说的话仍让研究人员着迷：望远镜将像韦伯一样，位于拉格朗日点L2，一个距离地球150万公里的引力平衡点。与韦伯不同的是，它专为机器人维修和升级而设计，这可能使其能够运行数十年之久，并随着年龄的增长而变得更好。因为目前尚没有专门的预算，克莱宾说NASA还不能在设计和技术上取得太大进展。但他已经为望远镜起了一个名字：“宜居星球观测天文台”（Habitable Worlds Observatory ，简称HWO）。
夏威夷凯克天文台（W.M. Keck Observatory）首席科学家约翰‧奥米拉（John O’Meara）说：“看到它真正发生，我真的、真的很兴奋。”“其可维护性将具有巨大潜力，”NASA戈达德太空飞行中心的阿基‧罗伯格（Aki Roberge）说。“它基本上创建了一个“位于L2的山顶天文台。就像地球上的望远镜一样，可以保留镜子和结构，同时换上越来越复杂的仪器。”她说。
HWO不会成为继韦伯之后的下一个旗舰级别的太空望远镜。那个位置已经被NASA计划于2027年发射罗曼太空望远镜（Nancy Grace Roman Observatory）所占据，它是一个2.4米大的望远镜，用来寻找暗能量和系外行星。不过， NASA通过HWO计划，正在实现一份由天文学界所主导的愿望清单，这个清单为资助机构和立法者提供指导，而HWO就位于这份清单的首要位置。
天文学界在一份2021年11月发表的报告中，呼吁NASA重启其“大型望远镜计划”（Great Observatories program），该计划在1990年代和2000年代初发射了哈勃太空望远镜和其它几个望远镜。而作为重启此宏伟计划的第一步，就是建造一个价值110亿美元、对紫外线、光学和近红外波长敏感的6米大的望远镜。这个望远镜除了进行一般天体物理学研究之外，还必须能够检测附近25个类似地球的系外行星上的生命迹象——这是从统计学上确认生命在银河系中是否普遍存在的最低要求。
NASA过去曾提出过两个望远镜的方案：HabEx和LUVOIR。HabEx原计划拥有一个4米大的单片镜子，以及一个漂浮在距离望远镜十万多公里外的机械星罩来屏蔽系外行星系统的主恒星发出的光线，以便可以直接观测该行星。LUVOIR则是一个15米宽的多用途天文台，建立在韦伯的分段镜面技术之上。虽然分段镜面无法产生像单片镜面那样清晰的图像，但可以折叠，从而在火箭最顶部的整流罩的有限空间内可以承载更大的望远镜。
然而天文学界所希望的并不是这两个方案，而是介于HabEx和LUVOIR之间的一个新选择：HWO。
HWO“不包含任何HabEx或LUVOIR两个计划所没有考虑过的新技术。”哥伦布市俄亥俄州立大学的斯科特‧高迪（Scott Gaudi）说，他是HabEx的设计者之一。
但克莱宾表示，NASA将对HWO采取保守态度，以避免像韦伯那样的成本超支和时间延误。韦伯项目需要许多未经验证过的技术，通常这些技术的完善时间要长于预期。
对于新望远镜，NASA将利用已经开发或正在开发中的技术，包括韦伯已经使用的分段镜和罗曼太空望远镜的日冕仪。日冕仪（coronagraph）是望远镜内的一种光学设备，可以阻挡恒星的光线，从而使微弱的系外行星可以被看到。NASA还将设立一个“大型望远镜技术成熟计划”（GOMaP），为HWO完善这些技术，也为后续的大型望远镜做类似的准备工作。
例如，由于HWO将使用比韦伯捕获的红外光波长更短的光学光段，因此HWO需要对镜子的形状进行更严格的控制。它的形状需要完美地将误差缩小到1皮米的水平，1皮米（picometer）是1米的百万分之一的百万分之一，而韦伯的误差则为1米的百万分之一的千分之一。
HWO还必须改进罗曼望远镜的日冕仪，它可以阻挡比其行星亮1亿倍的恒星的光。HWO需要的日冕仪则需要能阻挡亮度高100亿倍的恒星光线。一个关键是抑制杂散光，这可能需要HWO周围有一个圆柱形挡板，类似于哈勃望远镜周围的挡板。这将保护它的镜子免受已经袭击韦伯望远镜的那种微陨石的影响。微陨石撞击后镜子中的每个凹坑都会产生杂散光。
一些天文学家称，边缘比分段镜子少的单片镜子散射的光会更少——这可能会促使NASA采用更像HabEx的设计。但克莱宾表示，最近的研究表明，日冕仪也可与分段镜一起使用。“这些并非解决不了的问题，”LUVOIR团队成员奥米拉说。他更喜欢分段设计，因其允许工程师在需要的情况下将镜子做得更大，而不会遇到火箭整流罩的空间限制。
有能力对旗舰望远镜进行维修可能标志着NASA的一大改变。哈勃望远镜也是可以维修的，由近地轨道上的航天飞机宇航员来做，但费用高昂。克莱宾说，未来的任务将利用私营公司来完成，这些公司开发的机器人对NASA的Artemis月球探测计划提供维修服务。
他说，“机器人服务是HWO体系结构和理念的一部分”，并补充说，L2的额外距离“不是一个很大的挑战”。除了通过安装新仪器来延长其寿命——就像为哈勃所做的那样——维修还能激发出开发的灵活性。比方说，如果某台仪器在发射时尚未搞定，则可以稍后追加上去。延长仪器的寿命对出资者来说也很好。“这让国会更容易接受。”奥米拉说。
国会也许是克莱宾面临的第一个重大挑战。
2022年12月，美国国会为2023年度NASA天体物理学研究拨款15.1亿美元，比上年下降了4%。天体物理学是NASA四个科研部门中唯一一个获得拨款减少的部门。由于缺乏资金来启动“大型望远镜技术成熟计划”（GOMaP），目前克莱宾正在挪用一些现有的技术开发资金来支持对望远镜不同设计的优劣进行比较的小型研究。
他说，此后他将“与利益相关者合作来调整资金使用”。他这个礼貌的说法意味着，为了让HWO望远镜取得成功，NASA和天文学界需要让国会也接受这个计划。
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发表于 2023-1-16 23:36:26
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