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一瞥后哈勃时代的宇宙

 火凤凰之利剑 2017-08-08

   在航天飞机的宇航员执行最后一次维修哈勃太空望远镜的任务之后,NASA决定关闭哈勃太空望远镜。下一代空间望远镜(Next Generation Space Telescope,NGST)将取代哈勃空间望远镜,但是它只能在红外波段进行观测,这样可见光和紫外天文学家就缺少了主要的空间探测手段。与此同时,地基望远镜也正在试验新的技术,它可以提供和昂贵的空间望远镜一样的清晰影像。为了避免陷于被动,研究者将会确定未来20年空间观测的主要课题,以及哪些技术亟待解决。

         


    同时,它也会对关闭哈勃太空望远镜的后果进行评估。作为哈勃太空望远镜的“支持者”NASA的前任局长丹·古德林(Dan Goldin)取消了延长哈勃太空望远镜使用寿命的计划。NASA官方的说法是,维修哈勃太空望远镜将耗费过多的钱,而耗资下一代空间望远镜仍需要资金。

    在1990年哈勃太空望远镜非常难堪的首次登场,那时它的镜面有缺陷,但那之后证明哈勃太空望远镜是有史以来最成功的空间科学项目之一。甚至现在,每当执行完维修任务之后,申请哈勃太空望远镜使用时间的要求都会大幅增加。第一次在1993年12月,修复了哈勃太空望远镜的镜面,其他两次维修任务则大大提高了哈勃太空望远镜的数据采集能力。在1999年的维修任务中,宇航员更换了6个失灵的陀螺仪,它们对哈勃太空望远镜的精确指向起着至关重要的作用。同时,宇航员还安装了一台新的主计算机、一台先进的数据记录器、一部天线、一台更好的导向传感器以及更换了绝缘材料。


          后来持续又对哈勃太空望远镜添置新的设备,能量转换装置,和4块新的太阳能电池板,它们比先前的要小却能多提供30%的电力。同时宇航员将安装一套新的冷却系统,它将使一部业已停止工作的设备重新工作。哈勃太空望远镜的主管说,其结果几乎将会是一座新的空间天文台。“每一分钱都花在了刀刃上,”空间望远镜研究所的主任史蒂文·贝克威什(Steve Beckwith)说。


            
    关闭哈勃太空望远镜“已不再是一个技术问题,而是一个政治问题”。

    提出一份有亲和力的计划是光学和紫外天文学家的当务之急,因为下一代空间望远镜上并没有搭载与之有关的设备。虽然未来可能有一些小型的空间计划,但是NASA在近期没有发射与光学或是紫外有关大型设备的计划。
         
    对一些课题进行评估,包括星系际物质、星系间的精确距离、外太阳系行星以及识别暗星系用于研究星系演化。“确定课题是十分容易的,”肯尼柯特说,“困难的是我们不知道在未来十年中有多少会被真正涉及到。”基尼说,坚定立场是十分重要的,“科学家倾向于从设备出发来思考;从NASA的角度来讲,知道科学项目的重要性才是最重要的。”
         
    科学家也在尝试用日新月异的地基望远镜来完成他们的计划。地基望远镜还无法与在寒冷而清晰的宇宙空间进行红外、X射线和紫外线观测的空间望远镜相抗衡,而且在很长一段时间里这一情况仍将继续。但是新技术——例如自适应光学——使得地基望远镜在可见光波段拍的照片已经可以和哈勃太空望远镜的相比拟了。更重要的是,地面观测要便宜得多。


         
    “在一部分可见光波段中,空间望远镜并没有足够大的优势,”肯尼柯特说。但是,对于地基设备赶上空间望远镜的可能性以及时间还没有一致的看法。“在可见光波段存在着相当大的分歧,”他补充说。
         
    例如,自适应光学系统可以监测大气是如何使星像畸变的,进而通过改变镜面的形状来补偿这些畸变。最新的技术是通过激光来制造一颗人造星来引导自适应光学系统。最近位于智利帕洛奈尔的欧洲南方天文台甚大望远镜拍摄的照片甚至比哈勃太空望远镜的更为清晰。但是随着视场的增大,这种清晰度就会随之降低。
         
    虽然一些天文学家认为空间望远镜的大视场光学成像能力相对于地基望远镜来说是一大优势,但是亚利桑那大学的罗格·安琪尔(Roger Angel)说一些地基望远镜(例如夏威夷莫纳亚克山凯克天文台的望远镜)正在赶超这些空间望远镜。在凯克天文台,一系列射入大气的激光使科学家能够在较宽的视场中来补偿大气对星像的畸变。研发精密的激光器是很困难的,但是它们确实有了长足的进步。事实上,一些地基天文学家不久就能捕捉到太阳系外行星的影像了。安琪尔说:“空间望远镜之所以看得更远是因为站在他们的肩上。”


         
    地基自适应光学和空间技术竞争的结果将对NASA最终的决定起关键的作用。“我们将对未来技术进行深入的讨论和评估,”基尼说。NASA的主管会谨慎考虑一份倡议,其中包括更好更轻的主镜、探测器、镀膜技术和其他技术。到目前,一些长期项目仍为近期的财政预算所困扰。
         
    每个波段的望远镜都需要更大和更轻巧的光学器件。但是在细节上又有一些不同。例如,紫外设备由于其波长较短,要求光学器件的精度很高,同时镜面污染要求很低,因为它们会大量吸收短波辐射,而且还会损坏镜面。红外天文学则要求低温,来减少热和光的影响。而X射线天文学则要求更高精度和多重镜面,最近使用的锥形镜面已达到了极限,因为增大它们的口径已无法快速增加光的收集量。NASA的首席天文技术学家哈雷·斯罗森(Harley Thronson)说,各个波段都需要更好的探测器,所有的研发成本大约是每年3-4千万美元。
              
    这些合作无疑会使白宫感到高兴,白宫曾经尝试整合这两个机构的工作。合作技术将是确定更好的适合空间或地基设备任务的第一步。“哈勃太空望远镜长期以来是这一领域的霸主,使人很难从另一个角度来思考问题,”安琪尔说。但是,随着哈勃太空望远镜的禅位,新时代即将到来。
         
    哈勃太空望远镜拍摄的精彩照片

               

         1994年苏梅克-利维9号彗星撞击木星
               

         星系核超大质量黑洞(1997年)
               

   年轻恒星旁的原行星盘(1993年)
               

         γ暴(1997年)
               

         杜鹃47球状星团(2000年)
               

         哈勃深场照片(1996年)
               

         类星体:确认其寄主星系(1997年)

高红移超新星(1998年)


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