為了保持 NASA 的黃金時代,我們需要更多望遠鏡——但要遠沒那麼昂貴

專注於昂貴的太空望遠鏡正在損害該領域

馬修·哈里森·克拉夫

大約從 50 年前開始,天文學開始了一連串驚人的發現。例如,我們在 20 世紀 60 年代發現了宇宙大爆炸遺留下來的宇宙微波輻射,近年來我們已經確定了數千顆繞遙遠恆星執行的行星。但好日子可能即將結束。我們有理由擔心天文學正在結束其長期以來揭開宇宙奇觀面紗的歷程。

我們早期的成功來自於透過肉眼看不見的廣闊波長範圍的新視窗進行觀察。第一批射電、X射線、紫外線和紅外望遠鏡都很小,但我們透過它們看到的一切都是新奇而神秘的。下一代望遠鏡的能力實現了飛躍,從而發現了中子星、黑洞、暗物質、暗能量——清單還在繼續。

但更強大的力量是有代價的。每一代新望遠鏡的價格標籤都比上一代高出數倍。如今,一臺望遠鏡可能會佔用 NASA “大型天文學”預算中幾乎整整十年的份額。詹姆斯·韋伯太空望遠鏡就是一個典型的例子,它現在計劃於 2020 年發射。韋伯的標價從最初預計的 10 億美元左右膨脹到近 90 億美元,幾乎排擠掉了其他一切。在沒有其他主要任務可以依靠的情況下,應對韋伯技術問題的唯一方法就是不斷投入更多資金。


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我們黃金時代的榮耀在於,我們可以透過各種儀器在同一時間訪問整個電磁頻譜。來自兩個中子星合併的引力波的發現就是一個完美的例子:地面探測器發現了時空中的這些漣漪,但使用伽馬射線、X射線和可見光望遠鏡進行的後續觀測使我們對事件如何展開有了更好的理解。理想情況下,我們需要幾架靈敏度相當的“旗艦”望遠鏡,與韋伯相當——而且它們需要同時飛行。

然而,這種旗艦望遠鏡的設計壽命只有大約五年(儘管通常可以延長到 10 年)。當對紅外線敏感的韋伯升空時,它將比其前輩哈勃和斯皮策太空望遠鏡強大 10 到 100 倍。但是,如果新的旗艦望遠鏡的成本與韋伯一樣高,那麼即使其中一臺也需要十年才能發射。到那時,韋伯本身可能也已接近尾聲。它的每一項發現都需要超過 10 年的時間才能跟進。到那時,我們就會忘記我們最初想知道的是什麼。

但情況不必如此。天文學家每十年會確定一次關於建造哪些新的太空望遠鏡的優先事項,在下一次“Astro2020”調查中,我們應該要求進行多項新任務。至少有六個關於更便宜的望遠鏡的想法——不如韋伯規模的旗艦望遠鏡那麼強大,但比它們的前輩有了顯著改進。這些望遠鏡的範圍從可以探測中子星合併的伽馬射線望遠鏡,到用於探測星系際空間的 X 射線和紫外線望遠鏡,再到我們可以用來了解恆星和行星如何形成的遠紅外望遠鏡。與韋伯不同,它們不僅價格實惠;所有這些都可以在 10 年內完成。

這種方法的缺點是,像韋伯這樣非常理想但極其昂貴的旗艦望遠鏡必須推遲到商業航天工業完全成熟之後。例如,SpaceX 已經以傳統成本的三分之一發射衛星,而且很快,也許會降至五分之一。這本身就是一大筆節省。

更便宜的發射服務也減輕了工程師們透過使用最輕和最昂貴的元件來無情地減輕望遠鏡自身質量的壓力。如果沒有這種限制,成本可能會合理地削減三分之二。成本的降低使得旗艦發射率翻一番成為可能。

隨著這場商業革命的繼續,甚至更高頻率的旗艦任務也可能實現。如果我們擁抱這樣的策略,好日子不必停止,天文學的黃金時代也不必結束。

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