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超越韦伯超级空间望远镜
美国最新研制的詹姆斯·韦伯空间望远镜将在2018 年发射升空,而此时的科学家们已经开始着手展望更下一代的空间望远镜了.这是因为尖端科技以及大型设备将需要多年,乃至数十年时间的计划、建造和发射,而科学家们不希望等到詹姆斯·韦伯空间望远镜快要退役时再做匆忙谋划.尽管詹姆斯·韦伯空间望远镜拥有了6.5 米的惊人口径,但是科学家们仍然希望在詹姆斯·韦伯之后的更新一代望远镜上能够采用巨大的口径设计.望远镜口径越大其集光能力也就越强,从而也使科学家们能够观察到更加暗弱的天体.2017 年4 月,天体物理学家,美国宇航局前首席科学家约翰·格朗斯菲尔德在美国亚利桑那州梅萨举行的“天体生物学科学会议”上,呼吁未来建造一台口径在12 米左右的空间望远镜.如果能够如愿建成发射这样一台设备,那将极大帮助我们看清太阳系之外,围绕其他恒星运行的类地行星,并能帮助我们探寻宇宙最初的起源,以及对遥远的恒星与行星目标开展前所未有的深入研究.作为前宇航员曾经执行过多次在轨道上维护哈勃空间望远镜的任务,也是世界上最后触摸哈勃望远镜的格朗斯菲尔德表示：“当我们寻找地球2.0 时,它们的亮度将远低于哈勃超深场图像中最暗弱星系的亮度.我不希望到时候我们会说,要是有个更大的望远镜就好了,那样才能做出一些重要的发现.我们需要提前谋划.”
超级望远镜在各方的议论纷纷之中,作为其有竞争力之一是“大型紫外/ 光学/ 红外巡天望远镜”（LU -V O I R）.这个设想中的多波段大型空间望远镜,其能够对系外行星的形成与演化进行观察研究,并却还能探查早期宇宙的秘密.根据初步设计,其主镜直径将达到惊人的9 ～ 14 米之间,这一口径设计已经达到了格朗斯菲尔德对于未来空间望远镜的设想.按照目前的设想,LUVOIR 望远镜将有能力观察遥远星系内部的恒星新生区域并绘制宇宙临近空间中的暗物质分布地图.此外还将能够认证极早期宇宙中的第一缕星光并直接拍摄土星和木星的冰冻小卫星表面的喷泉或火山喷发等现象.LUVOIR 望远镜从其运行的地球轨道上,将能够获取分辨率达到每像素约200 米的冥王星以及其他柯伊伯带天体图像.但是,对于出席此次会议的科学家们来说,他们对于LUVOIR望远镜最大的期待是对系外行星观测方面的能力.按照目前设计,这台超级望远镜将让科学家们可以直接获取并分析遥远的系外类地行星大气成分光谱,从而搜寻生命的痕迹.目前最接近地球的候选目标是K e p l e r -452b,这颗系外行星围绕一颗与太阳相似的恒星运行,但其质量要比地球大60% 左右.因此,天文学家们目前仍在努力寻找大小与地球更为接近的系外行星,并且希望能够对其大气成分进行分析.
基于科学家们目前对于岩石行星在恒星周围分布情况的了解,LUVOIR 望远镜科学技术定义小组联合召集人德布拉·费雪认为一台像L U V O I R 这样的大型望远镜,加上能够遮蔽恒星光芒的人工日冕仪,将是开展这方面研究的有力工具.按照一般概率估算,一台4 米口径空间望远镜应该能够找到大约6 个与地球相近的系外行星世界,如果望远镜的口径增加到8 米,那它将有望找到25 个与地球接近的系外行星世界,口径达到16 米的空间望远镜,可能找到多达100 个与地球接近的系外行星世界.
这些数字非常重要,因为并非每一个环境条件与地球相近的星球都能够发展出生命.因此我们的望远镜能够观察到的这类星球数量越多,从中找到拥有宜居星球的概率也就越大.费雪费雪表示：“生物痕迹就是我们追寻的目标.如果宜居行星出现的概率是10% 上下,届时我们手里将有30 个候选目标,我们可以从中选出可能性最高的那个星球.”费雪将设想中的这款超级望远镜评价为“21 世纪的空间天文台”.
另外时间也是重要的考量因素.根据格朗斯菲尔德的说法,使用一台口径16 米的空间望远镜进行一小时的系外行星搜寻工作,其获取的结果将相当于口径4 米的空间望远镜搜寻10 小时的结果.这就意味着在相同的寿命周期内,更大口径望远镜的效率优势将更加凸显.格朗斯菲尔德表示：“我们将能够覆盖到更多候选目标,并从中选出真正的地球2.0.”格朗斯菲尔德与费雪两人都强调,随着科学技术的快速发展,未来空间望远镜的设计可能会随着时间推移而出现重大的变化,甚至远远超出人们心中是想象.哈勃空间望远镜就是一个很好的例子,当这台人类第一个空间望远镜在1990 年被发射升空时,科学家们还尚未发现任何一颗系外行星的存在,而今的空间望远镜需要具备探查系外行星大气层成分的能力,这是当初的望远镜设计者们不可能预见到的需求.未来,LUVOIR 望远镜也将很有可能重复这样的故事.费雪说：“它或许将被要求去解答一些我们现在甚至都从未听说过的问题.”
在轨可维护性身居地球轨道的哈勃空间望远镜在服役的27 年间,帮助人类洞察深邃的宇宙.然而在此期间,宇航员们乘坐航天飞机对哈勃望远镜开展多次维修和技术升级工作,从而不但使其长期保持良好工作状态,甚至能通过更新设备提升了观测能力.格朗斯菲尔德表示：“我认为空间望远镜的可维护性是非常关键的一点.那样可以使望远镜通过更新设备持续升级.”
在2010 年,美国国会通过一项法案,要求美国未来的旗舰级天文观测项目都应具有可维护性,但明年即将发射升空的詹姆斯·韦伯空间望远镜不具有这样的可维护性,因为它的提出时间远在2010 年之前.詹姆斯·韦伯望远镜将被安放在距离地球150万千米远的第二拉格朗日点上,在这样遥远的距离上,任何在轨维护工作都是不可能进行的.至于LUVOIR 还没有完全的定论,它能否得到批准还需要看它与另外一个极具实力的项目——“宜居系外行星成像任务”（Hab Ex）之间竞争的结果.Hab Ex 项目的注意力主要集中在对类太阳恒星周围的系外类地行星进行直接成像并对其大气层性质进行观测.Hab Ex 望远镜将采用直接成像技术,使其能够直接拍摄遥远行星世界的面貌,但它的用途也不完全局限于系外行星研究,它还将能够开展银河系内外的多种天体目标.
望远镜论文范文结:
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