大约从 50 年前开始,天文学开始了一连串惊人的发现。例如,我们在 20 世纪 60 年代发现了宇宙大爆炸遗留下来的宇宙微波辐射,近年来我们已经确定了数千颗绕遥远恒星运行的行星。但好日子可能即将结束。我们有理由担心天文学正在结束其长期以来揭开宇宙奇观面纱的历程。
我们早期的成功来自于透过肉眼看不见的广阔波长范围的新窗口进行观察。第一批射电、X射线、紫外线和红外望远镜都很小,但我们透过它们看到的一切都是新奇而神秘的。下一代望远镜的能力实现了飞跃,从而发现了中子星、黑洞、暗物质、暗能量——清单还在继续。
但更强大的力量是有代价的。每一代新望远镜的价格标签都比上一代高出数倍。如今,一台望远镜可能会占用 NASA “大型天文学”预算中几乎整整十年的份额。詹姆斯·韦伯太空望远镜就是一个典型的例子,它现在计划于 2020 年发射。韦伯的标价从最初预计的 10 亿美元左右膨胀到近 90 亿美元,几乎排挤掉了其他一切。在没有其他主要任务可以依靠的情况下,应对韦伯技术问题的唯一方法就是不断投入更多资金。
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我们黄金时代的荣耀在于,我们可以通过各种仪器在同一时间访问整个电磁频谱。来自两个中子星合并的引力波的发现就是一个完美的例子:地面探测器发现了时空中的这些涟漪,但使用伽马射线、X射线和可见光望远镜进行的后续观测使我们对事件如何展开有了更好的理解。理想情况下,我们需要几架灵敏度相当的“旗舰”望远镜,与韦伯相当——而且它们需要同时飞行。
然而,这种旗舰望远镜的设计寿命只有大约五年(尽管通常可以延长到 10 年)。当对红外线敏感的韦伯升空时,它将比其前辈哈勃和斯皮策太空望远镜强大 10 到 100 倍。但是,如果新的旗舰望远镜的成本与韦伯一样高,那么即使其中一台也需要十年才能发射。到那时,韦伯本身可能也已接近尾声。它的每一项发现都需要超过 10 年的时间才能跟进。到那时,我们就会忘记我们最初想知道的是什么。
但情况不必如此。天文学家每十年会确定一次关于建造哪些新的太空望远镜的优先事项,在下一次“Astro2020”调查中,我们应该要求进行多项新任务。至少有六个关于更便宜的望远镜的想法——不如韦伯规模的旗舰望远镜那么强大,但比它们的前辈有了显着改进。这些望远镜的范围从可以探测中子星合并的伽马射线望远镜,到用于探测星系际空间的 X 射线和紫外线望远镜,再到我们可以用来了解恒星和行星如何形成的远红外望远镜。与韦伯不同,它们不仅价格实惠;所有这些都可以在 10 年内完成。
这种方法的缺点是,像韦伯这样非常理想但极其昂贵的旗舰望远镜必须推迟到商业航天工业完全成熟之后。例如,SpaceX 已经以传统成本的三分之一发射卫星,而且很快,也许会降至五分之一。这本身就是一大笔节省。
更便宜的发射服务也减轻了工程师们通过使用最轻和最昂贵的组件来无情地减轻望远镜自身质量的压力。如果没有这种限制,成本可能会合理地削减三分之二。成本的降低使得旗舰发射率翻一番成为可能。
随着这场商业革命的继续,甚至更高频率的旗舰任务也可能实现。如果我们拥抱这样的策略,好日子不必停止,天文学的黄金时代也不必结束。