宇宙少女，哈勃退役谁来接班？清点未来太空中的六大巨型望远镜

白宫发布来袭小行星应对战略：防止人类遭受灭顶之灾

不知大家还有没有印象~在布鲁斯・威利斯领衔的科幻大片《绝世天劫》中，一颗小行星奔向地球，一旦相撞将给人类社会造成灭顶之灾。美国宇航局一直在监测小行星，尤其是近地小行星，并且制定计划应对这种威胁。日前，白宫公布了来袭小行星防范战略，无需宇航员亲自出马。

　　大型紫外/光学/红外巡天望远镜（LUVOIR）的艺术观点图
　　哈勃虽老 后继有人 　　哈勃太空望远镜垂垂老矣，说不定哪天就名誉退役。作为哈勃望远镜的继任者，詹姆斯•韦伯望远镜已进入最终测试阶段；宽视场红外巡天望远镜（WFIRST）的研制事情也在向前推进。更令人兴奋的是，另外4架超级强悍的新望远镜的研发也处在举行时。它们是下一份天体物理学《十年调研》讲述的一部分，将辅助我们解答宇宙的根本性疑问。
　　约翰逊航天中心无尘室，韦伯望远镜的主反射镜 　　韦伯望远镜由于一系列手艺故障以及测试评估，发射日期推迟到2020年5月。WFIRST是一架被美国国家侦探局“甩掉”的哈勃级望远镜。白宫想作废这一项目，但国会救了它，后转交美国宇航局。纵然发射日期不像韦伯一样推迟良久，WFIRST也要等到本世纪20年代才气正式服役。 　　在清点未来的4架大牛级望远镜之前，我们先领会一下《十年调研》讲述。这份讲述由美国国家科学院为国会和宇航局撰写，基本上就是科学家和宇航局的一份愿望清单，梳理他们在各领域遭遇的最大问题。国会可依此划拨预算，宇航局也可根据这份讲述举行义务设计，尽可能多地实现科学目的。
　　WFIRST望远镜艺术观点图 　　这架望远镜所能笼罩的空域是哈勃的100倍，它的日冕观察仪可对系外行星直接成像，研究它们的大气层 　　这种观察每十年举行一次，地球科学、行星学和天体物理学委员会配合介入。他们抛出和讨论种种想法和观点，最终通过投票就一系列建议杀青共识，确定未来十年的科研优先事项。 　　我们处在2013-2022年十年调研阶段，几年以后，下一次十年观察将准期到来，界说2023-2032年的义务。我们距最终文件的敲定另有几年时间，但针对下一代太空望远镜的一系列严肃提议已进入谋划阶段，每一架都将成为太空探索的利器。
　　HabEx！外星生命
　　HabEx将成为斯皮策望远镜（如图）的继任者 　　HabEx望远镜可直接对围绕其它恒星的行星成像。从热木星到超级地球，所有类型的行星都是它的观察目的，但重点是对类地系外行星成像，观察它们的大气层。换句话说，HabEx试图探测系外行星的生命信号。为了做到这一点，HabEx需要阻挡恒星的光线，云云才气展现四周昏暗行星的存在。
　　差别生物圈放射的光线波长存在差异 　　HabEx可以接纳两种方式。第一种方式是借助日冕仪来阻挡恒星光线。来自恒星周围昏暗天体的光线穿过望远镜，可以借助望远镜的传感器举行成像。这架望远镜装有一个怪异的变形反射镜，可以举行调整直至昏暗行星进入视线。欧洲南方天文台的甚大望远镜阵列便接纳日冕仪，观察时隐藏中央恒星，展现周围的昏暗尘盘。
　　半人马座HR 4796A周围尘环的红外图像 　　这是2014年5月甚大望远镜安装SPHERE（分光偏振高对比度系外行星研究仪）后获取的首批图像之一。图像中的尘环拥有很高清晰度，彰显了SPHER削弱高亮恒星光线的能力。这种能力对未来征采和研究系外行星至关重要 　　另一种阻挡光线的方式是接纳遮星伞。遮星伞是一个完全自力的装置，形状恰似纸风车，部署在距望远镜几万公里的区域。若是位置适合，遮星伞能够遮挡中央恒星的光线同时漏过行星光线。遮星伞的关键是花瓣状结构，形成柔和边缘，让来自昏暗行星的光波不会大幅弯曲。这会形成一个暗黑阴影，赋予望远镜展现行星存在的绝佳机遇。
　　遮星伞原型艺术观点图 　　这个巨型装置用于阻挡恒星光线，辅助望远镜拍摄行星 　　与绝大多数义务差别，遮星伞可与任何太空望远镜组队。无论是哈勃、韦伯照样其它望远镜，都能成为这把“太空遮阳伞”的受益者。由于要与观察工具排成一线，借助中天法或者径向速率法只能看到小部分行星，这让天文学家埋怨不迭。相比之下，HabEx能够对任何偏向的行星举行观察。除了观察行星，HabEx望远镜还可以执行其它一系列天体物理学义务，例如观察早期宇宙，研究超新星爆炸前后最大恒星的化学特征。
　　“山猫”X射线望远镜
　　“山猫”X射线望远镜艺术观点图 　　“山猫”（Lynx）是美国宇航局的下一代X射线望远镜。“Lynx”并非首字母缩写。在许多文化中，山猫都被视为一种拥有超能力的动物，能够看到事物的本质。X射线处在电磁光谱的高端，被地球大气层阻挡，因此需要借助太空望远镜才气捕捉到它们的踪迹。宇航局有钱德拉X射线望远镜，欧航局的“雅典娜”X射线望远镜预计于2028年发射。 　　“山猫”将与韦伯望远镜互助，配合窥探可观察宇宙的边缘，展现第一代超大质量黑洞的形成及合并。此外，这架望远镜还能洞察来自早期宇宙炙热气体的辐射。“山猫”还会对钱德拉、XMM牛顿等X射线望远镜的观察工具举行研究，包罗脉冲星、星系对撞、塌缩星、超新星和黑洞。
　　钱德拉X射线望远镜艺术观点图 　　它是当前最敏捷的X射线望远镜 　　即便是通俗恒星，也能发生露出其特征的X耀斑。绝大多数宇宙物质栖身于温度可到达100万开氏度的气体云。若是你希望展现宇宙的真实面目，便要举行X射线观察。这种观察差别于哈勃举行的可见光观察。你需要的并非一个反弹X射线的反射镜，而是能够略微改变光子偏向的掠入射镜，将它们导入探测器。“山猫”堪称一架怪兽级X射线望远镜。它的外镜口径到达3米，

搜寻外星生物不能紧盯着水不放 转变想法或有意外发现

从高空云层到地壳深处，地球上几乎任何一个有水之地都发现生命踪迹。基于这一点，科学家在搜寻外星生命时通常聚焦允许地表液态水存在的宜居星球。但根据一项新研究，搜寻磷和钼等生物必需性元素也能帮助科学家判断一颗星球是否有能力孕育和支持生命存在。

视野、敏捷度和网络光子的速率划分到达钱德拉的16倍，50-100倍和800倍。
　　“起源”太空望远镜
　　起源”号太空望远镜艺术观点图 　　与韦伯和斯皮策望远镜一样，“起源”号也是一架红外望远镜，在设计上用于观察宇宙内温度最低的天体和物质。不外，它的个头更大，性能也更强悍。韦伯的主镜口径6.5米，“起源”号将到达9.1米。宇航局能够将斯皮策的温度降至5开氏度（高于绝对零度5度），略高于宇宙的靠山温度。他们设计将“起源”号的温度降至4开氏度。听起来只是一步之遥，但却是一个伟大的工程学挑战。
　　斯皮策太空望远镜 　　斯皮策借助液态氦举行冷却，“起源”号则将借助反射镜、散热器以及围绕仪器装备的低温冷却剂，分阶段剥离“起源”号的热量。行使“起源”号这架巨型超低温红外望远镜，科学家能够将时钟拨回到第一批恒星降生的时代，也就是天文学家所说的“黑暗时代”。它将获取行星系统和尘盘的信息，直接观察系外行星大气层，征采生命信号和证据。 　　HabEx、“山猫”和“起源”都是令人兴奋的望远镜，能够加深宇宙认知。但与大型紫外/光学/红外巡天望远镜（LUVOIR）相比还要稍逊一筹。LUVOIR堪称史上最雄心壮志的太空望远镜项目。
　　LUVOIR望远镜
　　LUVOIR望远镜艺术观点图 　　韦伯是一架性能壮大的红外望远镜，在设计上用于观察宇宙内的低温天体，例如宇宙降生之初的红移星系或者新形成的行星系统。“起源”号可以理解为韦伯的升级版。LUVOIR能够举行红外、可见光和紫外观察，将成为真正意义上的哈勃“接棒人”。 　　LUVOIR的设计方案有两个：一个为8米口径，可使用猎鹰重型火箭等运载火箭发射；另一个为15米口径，可由SLS火箭送入太空。若是接纳后一种设计，LUVOIR的口径将是最大地面望远镜的1.5倍。相比之下，哈勃望远镜的口径只有2.6米。 　　LUVOIR将拥有异常坦荡的视野，安装种种滤光器和仪器装置，让天文学家“想看什么就看什么”。此外，它还将安装日冕仪和光谱仪，前者可遮挡恒星光线，以便对行星举行直接观察，后者用于判别系外行星大气层中的化学物质。
　　哈勃太空望远镜 　　LUVOIR是一架通用型望远镜，能够让天文学家在天体物理学和行星学等领域上演一系列发现。它将具备一系列能力，包罗直接观察系外行星，征采生命信号，对包罗热木星和超级地球在内的所有类型系外行星举行编目。在观察系内天体方面，它的性能也远超其它任何观察装备。LUVOIR能够窥探宇宙内的任何一个角落，观察哈勃无法探测到的细小结构。它能够捕捉第一代星系和恒星的身影，辅助测算宇宙内暗物质的浓度。天文学家仍未完全领会物质不停蕴蓄并最终孕育恒星的历程。LUVOIR将观察恒星形成区，洞察气体和灰尘，定格恒星形成以及被行星围绕的最初瞬间。
　　韦伯的教训
　　左为哈勃望远镜，主镜口径2.4米 　　右为韦伯望远镜，主镜口径6.5米 　　LUVOIR的主镜口径可到达15米 　　LUVOIR等望远镜的登场让我们对未来的天文学研究充满期待和兴奋。不外，我们不能过于乐观。6月初，美国宇航局宣布这4架望远镜的义务设计职员需要将他们的预算控制在30亿到50亿美元之间。在此之前，设计职员没有获得任何指导方针，只顾专一设计仪器装置，完成他们追求的目的。 　　在宇航局做出这一决议前，工程师设计的HabEx、“山猫”和“起源”号义务随随便便就会超出50亿美元，LUVOIR更是到达200亿美元。纵然国会慷慨解囊，为宇航局划拨巨额预算，宇航局仍希望设计职员接纳守旧做法。韦伯望远镜项目一再超支，发射日期也是一拖再拖。鉴于此，我们也就不难理解宇航局要求控制预算的决议。韦伯最初的预算在10亿到35亿美元之间，原定在2007年至2011年间发射。现在，该项目的预算已经超出国会划定的88亿美元，发射日期推迟至2020年。
　　韦伯望远镜艺术观点图 　　最近的一次摇晃测试中，工程师发现垫圈和螺丝“逃离”望远镜。这可是高度周详的太空望远镜，并不像宜家的架子一样，坏了之后随便换个零件就成。每个零部件对韦伯都至关重要。一旦在太空中发生这种糗事，维修难度可想而知。WFIRST望远镜躲过了被毙掉的运气，但也难逃超支运气。该项目的成本估量到达39亿美元，原定预算为20亿美元。 　　HabEx、“山猫”、“起源”号和LUVOIR都是超级强悍的太空望远镜设计，究竟是制造一架、两架照样所有制造，让我们以目以待。史上最重大的天文发现将由他们揭开。不外，我们不能太过乐观。韦伯望远镜的遭遇告诉我们，这些项目的实行很可能磕磕绊绊，遭遇残酷的预算大战、成本超支和发射日期推迟。在这里，我们也只能祝它们好运。