大天文和小天文,我们都需要

在这个预算不断膨胀的巨型望远镜时代,我们不应忽视小型望远镜、目标更明确的任务,以及它们在揭示宇宙奥秘方面带来的意外惊喜。

Illustration of the Kepler telescope in space. A light gray pattern of rectangular shapes in a circular path is overlaid on the background, meant to represent the areas of the sky the telescope observed during its K2 mission

美国宇航局(NASA)的开普勒太空望远镜及其扩展任务K2的观测模式的艺术家 rendering 图。

NASA/Ames/JPL-Caltech

美国宇航局(NASA)的旗舰轨道巨型天文台——詹姆斯·韦伯太空望远镜,发射时不仅超出预算数十亿美元,还延期了十多年。该机构的下一个重点项目,薇拉·C·鲁宾天文台,将配备一面 8.4 米直径的镜子,并计划在耗资近五亿美元完成后,于 2025 年实现首次观测。国家科学基金会的三十米望远镜,由于选址在莫纳克亚山而备受争议,预计耗资 26.5 亿美元。而国际合作项目平方公里阵列,一个分布在南非和澳大利亚西部的射电望远镜网络,项目预算超过 20 亿美元

科学界和公众需要很多年,甚至几十年才能判断这些天文事业在各个方面是否物有所值。

这并非易事。整个职业生涯都投入到了这些大型项目中。研究生可以在这些仪器从概念到调试的过程中晋升为终身教授——前提是他们能在完成项目所需的不可避免的政治斗争中幸存下来。


关于支持科学新闻报道

如果您喜欢这篇文章,请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道: 订阅。通过购买订阅,您将帮助确保未来能够继续刊登关于塑造我们当今世界的发现和思想的具有影响力的报道。


在这个巨型天文台、长达数十年的观测活动和横跨大陆的合作日益增多的时代,天文学家反而应该赞扬和推广小型的、巧妙的和聪明的项目。这些小规模的任务能够以更少的投入获得更多的研究成果,为年轻科学家创造更多原创研究机会,并产生意外发现的机会。

当然,詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)已经产出了一系列出版物。目前,太空望远镜科学研究所已记录了 1260 篇涉及该太空望远镜重要内容的出版物,这个数字肯定还会增长。鲁宾天文台、三十米望远镜和平方公里阵列都预示着未来几十年富有成果的科学研究。当然,我们将通过这些仪器了解更多关于宇宙的知识。

但任何事物都有代价,而且越大并不总是意味着越好。大型项目挤占了小型项目的资金;一旦沉没成本谬误渗入,它们就会持续从其他有价值的项目中抽走资金。詹姆斯·韦伯太空望远镜的延误不仅推迟了该仪器的进度,还推迟了之后每一次后续发射(问问那些一直在耐心等待南希·格雷斯·罗曼望远镜最终获得启动资金以准备发射的宇宙学家就知道了)。

天文学一直以来都有着利用小规模观测做出重大影响的丰富而活跃的传统,这一传统至今仍然存在。全天自动化超新星巡天项目(ASAS-SN)发现了一些宇宙中最剧烈的事件,每年的成本不到 100 万美元。事件视界望远镜发布了黑洞阴影的令人难忘的美丽图像,总共花费了区区 6000 万美元的资金——相对而言简直是物超所值。

平方公里阵列的主要科学目标之一是绘制出再电离时期,这是宇宙历史上具有变革意义的时期,那时第一批恒星和星系以高能辐射充斥宇宙。也许当这个巨型阵列开始收集数据时,更小型、更灵活的实验,如 HERA 望远镜,将已经测量出结果——仅需几百万美元

即使在太空望远镜领域, “便宜”仍然意味着五亿美元,但许多仪器都以詹姆斯·韦伯太空望远镜 100 亿美元价格的一小部分,产生了巨大的科学产出。开普勒太空望远镜仅花费 5.5 亿美元,就彻底改变了我们对系外行星的理解。盖亚探测器正以精细的细节重新绘制银河系地图,花费约 10 亿美元。相比之下,这些都是划算的买卖。回顾几十年前,WMAP 卫星以 1.5 亿美元绘制了整个宇宙微波背景天空图。

天文学仍然是为数不多的业余爱好者仍然可以做出重要发现的科学领域之一,例如那些仍然在天空中搜寻新小行星的侦探们。

即使在昂贵的任务中,最重要的研究通常也是由独立研究小组通过获取少量观测时间来完成的。在一篇最近的论文中,一个天文学家团队使用盖亚数据重新审视了一小群年轻恒星的年龄。这可能看起来不是最关键的天文研究,但确定这些年龄对于理解从行星形成过程的开始到交叉检验整个宇宙的年龄的一切都至关重要。

十年调查过程,即每 10 年,当天文界决定其优先事项时,积极的研究就会陷入停顿,这加剧了对大型仪器的偏见。具有讽刺意味的是,向国会推销少量的大预算仪器比推销众多小型一次性仪器更容易。十年调查过程是更大弊病的症状;科学界“决定”需要更大的望远镜,因为我们认为这些望远镜更有可能获得资金。

作为一个学科,变得更大是很有诱惑力的。我理解对更大镜面、更多天线、更快的处理时间等的需求。巨额投资确实会带来科学回报。但大型项目也需要政府机构更多、更持续的资金投入。而且它们需要非常长的时间才能实现。从这些安排中获益最多的是终身教职员工,无论这些巨大的冒险成败,他们的职业生涯都是安全的。与此同时,年轻的科学家可能会花费他们整个短暂的职业生涯为一个在他们准备好迈向学术生涯的下一步时都无法建成的仪器做准备——如果最终失败了,他们将一无所有。

小型项目可能风险更高。它们可以抓住更多机会。年轻的科学家不需要把整个职业生涯都押在一个项目上。小型项目可以探索未开发的角落和隐藏的深度。具有讽刺意味的是,小型望远镜和项目可以找到巨型仪器找不到的东西。单个大型项目的成本可以支持许多小型巡天项目,而且通过许多小型项目,科学家不必花费时间试图获得少量观测时间。

大型天文项目永远都有存在的必要。但我们应该小心,不要过度失衡,并始终牢记,在天文学中,我们必须允许自己对意想不到的事情感到惊讶。

这是一篇观点和分析文章,作者或作者表达的观点不一定代表《大众科学》的观点。

© . All rights reserved.