历史上最具生产力的天文台的任何奖项肯定都将颁给哈勃太空望远镜。但是哈勃的日子屈指可数——它的仪器和轨道持续退化——它的不可避免的消亡将导致天体物理学和宇宙学的数据收集出现重大空白。由于地球大气层过滤掉了大部分紫外线波长,因此只有从哈勃所在的太空才能访问这些波长。NASA 的下一代天文台——6.5 米的詹姆斯·韦伯太空望远镜和 2.4 米的再利用红外间谍卫星 WFIRST——都无法填补这些波长空白。“当哈勃退役后,它就真的退役了,”NASA 戈达德太空飞行中心的诺贝尔奖得主天体物理学家约翰·马瑟说。“我们没有任何其他计划能够做到它所做的事情。”
马瑟和其他天文学家正在提议一个超大型的后继者,其反射镜直径为 10 至 12 米——是哈勃的四到五倍大。这将足够大,可以满足天文学家愿望清单上的几个优先事项,彻底革新对遥远星系的研究、对外太阳系行星的观测以及对类地系外行星上生命迹象的搜索。这个暂定名为高清晰度太空望远镜(HDST)的拟议望远镜将像哈勃一样,在光学、紫外线和近红外波长下进行观测。与其高清名称相称,HDST 的反射镜可以分辨可见宇宙另一侧星系中约 300 光年宽的结构——这对于理解恒星形成以及暗物质和暗能量的本质非常有用。它还将使天文学家能够仔细检查数十颗潜在的类地系外行星,寻找外星生命迹象。该计划出现在天文学研究大学协会的夏季报告中。
然而,一些参与 HDST 的研究人员担心,无论如此强大的仪器可能具有多么广泛的吸引力,任何关于超大型太空望远镜的提案注定都会胎死腹中:尽管巨型天文台对研究人员来说在天文学上非常有用,但它们也往往被认为在天文数字上是昂贵的,尤其是最近。“自从我们启动韦伯以来,NASA 变得更加保守,”韦伯的高级项目科学家马瑟说。韦伯最初的目标是在 2011 年发射,估计成本为 16 亿美元,但目前的估计目标是最早于 2018 年 10 月发射,成本已膨胀到近 90 亿美元。“在望远镜几乎因成本超支而被取消之后,”马瑟说,“没有人再想往大了想了。”
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没有参与 HDST 报告的天文学家会公开猜测这种规模的望远镜所需的预算——只说会非常庞大。批评者怀疑 HDST 在财务上的可行性,他们认为,规模稍小、韦伯大小的宽带望远镜会更好地为社区服务。其他人则表示,目前正在建设中的新一代 30 米级地面天文台可以以一小部分成本完成大部分相同的科学研究。
但太空望远镜科学研究所的天文学家和 HDST 报告的合著者马克·波斯特曼指出,这些方法不太可能提供太空科学家正在寻找的答案。即使是最大的地面天文台,被困在地球空气海洋之下,也会受到星光扭曲的湍流和气辉(大气化学反应发出的微弱光,会破坏精细的观测)的阻碍。此外,它们和韦伯都无法直接成像和研究大量的系外行星,这降低了找到任何支持生命的行星的几率。对于某些问题,只有大型宽带太空望远镜才能带来获得答案的希望。
报告作者表示,梦想中的望远镜最早可能在 2030 年代初升空,但这只有在 NASA 和其他航天机构现在开始为此计划的情况下才有可能。HDST 如此长的酝酿期可能看起来过长,但实际上比哈勃的酝酿期有所改进,哈勃始于 1946 年天文学家莱曼·斯皮策的一份富有远见的报告。波斯特曼解释说,哈勃提供的以及其最终后继者也可能提供的变革性天体物理学飞跃,将需要大量资金和时间的投入。“你不可能通过采取小的、渐进的步骤来彻底改变我们对宇宙的理解。”