美国宇航局计划有史以来最大的四架太空望远镜。 但哪一个会飞?

美国宇航局计划有史以来最大的四架太空望远镜。 但哪一个会飞?
EIKO OJALA
美国宇航局计划有史以来最大的四架太空望远镜。 但哪一个会飞?

对于美国宇航局的天文学家来说,这不是一个好年头。 今年6月,一个评审委员会发现,该机构的珍贵天文台 - 已经过期且大幅超支的88亿美元詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST) - 距离飞行并捕获宇宙中第一颗恒星的微弱光线还有几年的时间。 劫持:撕裂的遮阳罩和松动的螺栓。 同样陷入困境的是下一个大型天体物理学任务,即宽视场红外探测望远镜(WFIRST),旨在通过测量大片天空来确定神秘暗能量的本质。 另一位评审小组发现,WFIRST预计不会超出预期,其预算将使其32亿美元的预算突破4亿美元,这对于唐纳德特朗普总统的管理层已经考虑取消的使命并不是一个加分。

然而,天文学家即将向天空看,梦想着更大的梦想。 美国宇航局,能源部和国家科学基金会为天体物理学进行的年代际调查开始于上个月。 数十名闯入委员会的天文学家将确定科学目标并制定一份望远镜的愿望清单,无论是在地面还是在太空,都可以最好地解决它们。 最艰巨的任务之一将是决定JWST和WFIRST的四个拟议接班人中哪一个最值得作为NASA旗舰天文台飞行。 它将在20世纪30年代发射到L2,这是一个超越地球轨道的重力平衡点,位于地球远离太阳的地方。

科学考察了那些梦想望远镜。 大型紫外光学红外测量仪(LUVOIR),一个15米宽的巨型宇宙,拥有哈勃太空望远镜的40倍光聚集能力,是为了回顾宇宙的第一个星系,并回答这个问题:是在宇宙的其他地方生活? 可居住的系外行星天文台(HabEx)也将关注这个问题,但是镜子较小。 HabEx将与一个独立的太空船一起飞行,该太空船载有一个足球场大小的星空。 通过阻挡恒星的眩光,星辰将显示类似地球的系外行星,使HabEx能够仔细检查他们微弱的光线以获得生命的签名。 Lynx Xray天文台将从宇宙的第一个黑洞中收集X射线,以了解它们如何帮助星系形成和演化。 而起源太空望远镜,其机器可以将望远镜冷却到绝对零度以上4°,它将研究一种由冷气体和尘埃产生的一种探索性的红外辐射,这种辐射可以为恒星和行星的形成提供动力。

无论哪个概念升至顶端,研究人员都希望它能够比以前的调查中选择的任务更顺畅地通往太空。 2001年的调查将JWST作为其首要任务,但该望远镜将很幸运地在2021年(20年后)实现其预定的发射。 WFIRST是2010年调查的首选,但它在2025年之前不会飞。普遍认为最初的提案不成熟且不切实际,加州帕洛阿尔托斯坦福大学的Roger Blandford说,他主持了2010年的调查。 “周围都有挫败感。”

这一次,美国宇航局希望这些概念更加稳固。 该机构不仅在2015年早期确定了四个旗舰概念,而且已经资助团队为每个概念设计粗略设计。 在2019年6月,这些团队将向美国国家航空航天局提交一份报告,其中包括两个概念 - 一个是昂贵的,一个是大的,另一个是受限制的,而且在大多数情况下价格相对低于50亿美元。 ( , 科学研究了更大的概念。)

“这项预先准备将使调查处于更好的状态,以评估可能性,”帕萨迪纳加州理工学院的高能天体物理学家菲奥娜·哈里森说,他上个月与罗伯特·肯纳特一起被任命为该调查的联合主席。大学城的得克萨斯A&M大学。 年代际调查的产品 - 2020年交付的优先任务清单 - 应该是双方同意的,部分原因是机构和科学家可以用统一的声音游说国会筹集资金。 但四大旗舰之间的竞争将非常激烈。

LUVOIR的支持者称其作为哈勃模具中的通用天文台具有广泛的吸引力。 LUVOIR的仪器覆盖了宇宙最亮的光谱部分,镜子的巨大尺寸意味着它可以在最微弱的物体上以最清晰的视觉对准最远的物体。 “它超越了天体物理学,”马里兰州巴尔的摩太空望远镜科学研究所(STScI)的Jason Kalirai说。 批评人士认为,LUVOIR巨大的镜子将导致巨大的价格和不可避免的延迟,因为JWST的6.5米镜子已经存在。

更便宜的HabEx的支持者希望它能够对外行星的热情高涨 - 以及对简单和节俭的关注。 但是用遥远的星辰飞行编队是一种未经检验的技术。 尽管HabEx可以详细研究附近的几颗行星,但与LUVOIR的15米相比,它的镜面小4米 - 意味着更遥远的世界将无法实现。 LUVOIR和HabEx将在委员会的关注下面对面竞争,STScI的HabEx和LUVOIR团队成员Chris Stark表示不需要推出这两者。 “附近只有很多星星。”

与明星竞赛

针对不同波长和目标的四个NASA太空望远镜概念在2030年代竞争飞行。 天文学家现在正在挑选最爱。

科学 目标 光谱 第一 星系 第一 超大 黑洞 行星形成 磁盘 类似地球 系外行星 可见 紫外线 红外线 X-射线 ORIGINS HABEX LUVOIR LYNX
C. Bickel / Science

起源会及时回顾,看看尘埃和分子是如何聚合在一起形成第一个星系和黑洞的,以及年轻恒星周围的圆盘是如何聚集成系外行星的。 但智利的JWST和Atacama大毫米/亚毫米阵列可以捕获一些相同的波长,挤压了Origins的发现空间。

Lynx将占据美国国家航空航天局老化的钱德拉X射线天文台的外衣,放大热气体旋入黑洞或从银河系中心喷射。 这将安抚X射线天文学家仍然从他们在2010年十年调查中收到的国际X射线观测站提案的低评级中汲取灵感。 “我们在最后一个十年期遭到抢劫,”STScI X射线天文学家雷切尔奥斯滕说。 “是时候进行X光检查吗?”

无论哪个任务赢得十年的青睐,资助者都会问:我们怎么知道它不会是另一个JWST,吞没预算并推迟其他项目? 华盛顿特区国家科学院,工程与医学院(NASEM)的研究主任Dwayne Day组织了十年代表示,该调查采用了一种复杂的方法来估算成本,希望“避免贴纸冲击,承诺某事这太昂贵了。“

Day说,项目团队通常会通过计算人工,材料和测试来估算成本。 “这很好,但它排除了无法预料的情况,威胁。” 因此,在过去十年中,NASEM一直向加利福尼亚州El Segundo的航空航天公司支付费用,将成本模型CATE(用于成本和技术评估)应用于十年期希望考虑的任何提案。

CATE利用数十年前的数据库,包含超过150个NASA任务和700个仪器的成本和性能细节。 当提出一项新的任务时,CATE可以说出过去类似的任务是如何进行的。 该模型在评估可能出错的事物方面特别有用。 “最好的预测者无法掌握所有未知的未知因素,”弗吉尼亚州Chantilly航空航天公司的高级经理Debra Emmons说。 例如,如果传感器的开发时间比预期的要长,或者如果国际合作伙伴延迟交付仪器,则项目可能会延迟,成本会上升。 “[CATE]评估技术威胁,将它们货币化并进行前瞻性预测,”她说。 NASA在华盛顿特区的天体物理学主管保罗赫兹称其为“工具集的一个很好的补充”。

埃蒙斯说,项目团队对这项工作持谨慎态度,担心如果他们提出科学上大胆且技术上具有挑战性的提案,CATE可能会认为这是冒险和昂贵的。 NASA希望这四个项目团队雄心勃勃。 赫兹说:“任务最好很难做,因为问题很难。”

但是,在每个人的脑海中仍然坚持使用JWST,天文学家们都渴望确保伟大的太空望远镜的获胜者能够立刻实现梦想和真实。 布兰德福德说:“它给出了做出这些可怕决定的理由。”

有关这些望远镜的更多信息, 。

*更正,1月2日,下午1:15:该故事的早期版本错误地说明了L2的位置。