【原】未來(lái)30年！美國(guó)天文學(xué)是否可以崛起？成敗在此一舉

天文在線 2023-04-08 發(fā)布于云南

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這份報(bào)告可能會(huì)決定美國(guó)天文學(xué)未來(lái)30年的成敗

一場(chǎng)關(guān)乎美國(guó)天文學(xué)未來(lái)的戰(zhàn)爭(zhēng)已打響，且賭注極高。

要是問(wèn)天文學(xué)家們最喜歡解答哪些問(wèn)題，那答案一定五花八門(mén)。第一批恒星、星系、黑洞是如何形成的？暗物質(zhì)和暗能量的本質(zhì)是什么？人類在宇宙中是孤獨(dú)的嗎？

要回答這些問(wèn)題，人們必須依賴大型的天文望遠(yuǎn)鏡。然而，一臺(tái)能夠收集宇宙中每一種光線的萬(wàn)能儀器是不存在。例如，黑洞有時(shí)會(huì)釋放x射線，但是類地行星最好在自然光和紅外波段進(jìn)行研究。因此，這樣的項(xiàng)目使分配給天文學(xué)的公共和私人的基金份額變得非常緊張，以至于每次只有少數(shù)——也許只有一個(gè)——可以優(yōu)先被考慮。至此，失敗的提案堆積如山，研究人員正焦急地等待一個(gè)難得的機(jī)會(huì)重新探索宇宙。

在美國(guó)的科學(xué)界，有一個(gè)天文學(xué)和天體物理學(xué)的“十年計(jì)劃”足以讓所有天文學(xué)家燃起斗志，即每10年推舉出優(yōu)秀的科研項(xiàng)目來(lái)尋求聯(lián)邦政府的資助。像美國(guó)宇航局（NASA）的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡這樣的項(xiàng)目之所以能夠存在，一定程度上要?dú)w功于過(guò)去十年間來(lái)自政府的認(rèn)可。目前，這種做法已經(jīng)蔓延到其他幾個(gè)學(xué)科，各學(xué)科的“十年計(jì)劃”都在如火如荼地進(jìn)行著。

自20世紀(jì)60年代以來(lái)，由美國(guó)國(guó)家科學(xué)院、工程院和醫(yī)學(xué)院組織的“十年計(jì)劃”已確定了6次美國(guó)天文界的研究大方向。去年11月，經(jīng)過(guò)20名委員長(zhǎng)達(dá)兩年的討論后，第七次美國(guó)天文學(xué)“十年計(jì)劃”報(bào)告公布，題目為《2020年代天文學(xué)和天體物理學(xué)發(fā)現(xiàn)之路》（Astro2020）。如同以往的研究，Astro2020將為重大投資和科學(xué)研究指明方向。此外，它還將揭示那些可能會(huì)影響未來(lái)幾代人發(fā)展的，被人們忽略的，甚至被人們懼怕的地方。

Astro2020指導(dǎo)委員會(huì)、小組主席和研究人員。左14和左16分別是指導(dǎo)委員會(huì)的聯(lián)合主席，天文學(xué)家羅伯特·肯尼卡特和菲奧娜·哈里森。（圖源：美國(guó)國(guó)家科學(xué)院、工程院和醫(yī)學(xué)院）

很少有人比喬爾·帕里奧特更了解這個(gè)計(jì)劃所帶來(lái)的力量。20多年前，他在美國(guó)國(guó)家科學(xué)院任職，開(kāi)始了政治生涯。在那里，他最初的任務(wù)就是協(xié)助科學(xué)家們起草新千年的第一個(gè)天文學(xué)“十年計(jì)劃”。之后，他在白宮管理和預(yù)算辦公室（OMB）工作了10年，為聯(lián)邦科學(xué)機(jī)構(gòu)權(quán)衡并實(shí)施“十年計(jì)劃”相關(guān)的建議。如今，他是美國(guó)天文學(xué)會(huì)的主任，該學(xué)會(huì)是美國(guó)天文愛(ài)好者的主要組織。在OMB時(shí)，由于國(guó)家的政策目標(biāo)常與財(cái)政現(xiàn)實(shí)違背，“十年計(jì)劃”反倒成為了帕里奧特和他的同事們拒絕一些經(jīng)費(fèi)申請(qǐng)的擋箭牌。他說(shuō)：“如果一個(gè)項(xiàng)目的排名不高，我們就知道它沒(méi)有得到充分認(rèn)可。這對(duì)在國(guó)會(huì)和白宮里需要做出艱難選擇的人來(lái)說(shuō)真的很有幫助?！?/p>

然而對(duì)不少天文學(xué)家而言，“十年計(jì)劃”并沒(méi)有完全左右他們的科研歷程，但他們都認(rèn)為Astro2020發(fā)布的時(shí)間節(jié)點(diǎn)是比較危險(xiǎn)的。

位于夏威夷W·M·凱克天文臺(tái)的首席科學(xué)家約翰·奧米拉說(shuō):“我們正在危險(xiǎn)的邊緣試探。我相信'十年計(jì)劃’對(duì)于美國(guó)天文學(xué)而言是十分必要的。這些計(jì)劃將影響美國(guó)天文學(xué)在全球范圍內(nèi)的領(lǐng)先地位。當(dāng)各聯(lián)邦機(jī)構(gòu)和國(guó)會(huì)收到'十年計(jì)劃’報(bào)告時(shí)，他們將擁有美國(guó)是否在這一科學(xué)領(lǐng)域占據(jù)領(lǐng)導(dǎo)地位的決定權(quán)。”

30米望遠(yuǎn)鏡（左）和巨型麥哲倫望遠(yuǎn)鏡（右）的概念圖，這是兩個(gè)美國(guó)大型地面天文臺(tái)項(xiàng)目。（圖源：TMT國(guó)際天文臺(tái)（左），GMTO公司和M3工程公司（右））

步入黃昏的美國(guó)天文望遠(yuǎn)鏡

外界來(lái)看，人們不會(huì)意識(shí)到美國(guó)天文事業(yè)正處于危機(jī)的邊緣。去年，幾臺(tái)新的地面望遠(yuǎn)鏡上線，并且每臺(tái)都帶來(lái)了大量的天體發(fā)現(xiàn)。當(dāng)然，野心勃勃的項(xiàng)目也不少，以維拉C。魯賓天文臺(tái)為例，它在過(guò)去的兩個(gè)“十年計(jì)劃”（Astro2020和Astro2010）中排名都很高。這座位于智利山上的天文臺(tái)將于2030年底開(kāi)始運(yùn)營(yíng)，它會(huì)拍攝其頭頂?shù)恼炜眨罱K制成一部橫跨10年的高清延時(shí)影像。

然而，在即將進(jìn)行的美國(guó)大型項(xiàng)目中，魯賓天文臺(tái)只是少見(jiàn)的優(yōu)秀案例。曾于Astro2000和Astro2010提出的一項(xiàng)引人注目的地面大型建設(shè)提議——建造一個(gè)鏡面大小約為30米的光學(xué)超大望遠(yuǎn)鏡（ELT）——至今還是個(gè)未知數(shù)。它的最大特點(diǎn)是可以為從地面研究系外類地行星提供巨大幫助。如今，Astro2020可能會(huì)決定美國(guó)ELT項(xiàng)目的成敗，當(dāng)然還有其他項(xiàng)目的優(yōu)先權(quán)，如升級(jí)國(guó)家巨大射電望遠(yuǎn)鏡陣列或擴(kuò)展引力波天文臺(tái)。

該照片拍攝于2019年7月，反對(duì)人士封鎖了通往夏威夷莫納克亞山山頂?shù)牡缆罚噲D停止在這座神圣火山上建造30米望遠(yuǎn)鏡（圖源：Ronit Fahl， ZUMA Wire和Alamy Live News）

在完成ELT項(xiàng)目之前，美國(guó)已自相矛盾地建造了兩個(gè)別的項(xiàng)目，即30米望遠(yuǎn)鏡（TMT）和巨型麥哲倫望遠(yuǎn)鏡（GMT）。由于兩家敵對(duì)公司都存在資金困擾，所以近十年這兩個(gè)大型設(shè)備都無(wú)法投入使用。30米望遠(yuǎn)鏡（TMT）于夏威夷莫納克亞火山的建設(shè)在一開(kāi)始就引發(fā)了當(dāng)?shù)厝说目棺h。莫納克亞火山是北半球星空的絕佳觀賞地。由于夏威夷原住民將此火山視為神山，所以他們認(rèn)為在那里建造大型望遠(yuǎn)鏡無(wú)疑是對(duì)這座神山的侵占。在抗議者多次封鎖通往山頂?shù)牡缆泛螅琓MT的建設(shè)被叫停，且至今仍處于僵局。一位知曉相關(guān)情況的資深天文學(xué)家認(rèn)為，如果Astro2020中不再包含ELT項(xiàng)目，那么TMT和GMT都只能成為爛尾樓。

相比之下，歐洲在多年前就在地面光學(xué)天文學(xué)方面領(lǐng)先美國(guó)，并且在智利建設(shè)了自己的ELT。歐洲超大型望遠(yuǎn)鏡擁有一個(gè)40米長(zhǎng)的反射鏡，預(yù)計(jì)將于2027年投入使用。

中國(guó)也在迎頭趕上。中國(guó)建造的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）早已取代了由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)資助的波多黎各阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡。這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡曾是世界之最，但由于預(yù)算無(wú)法支撐日常維護(hù)，已于2020年不幸轟然倒塌。此外，歐洲、中國(guó)和許多其他國(guó)際成員正在共同建設(shè)平方公里陣列（SKA），這是一個(gè)由數(shù)千臺(tái)射電望遠(yuǎn)鏡組成的驚人的強(qiáng)大集合，在澳大利亞和南非的站點(diǎn)最早將于2030年全面投入使用。

饑餓的巨人和科學(xué)怪人

美國(guó)天基天文學(xué)的前景也同樣喜憂參半。目前，美國(guó)在太空觀測(cè)領(lǐng)域仍處前沿，但在NASA于1990年至2003年建造的四個(gè)大型天文臺(tái)中，只有哈勃和錢(qián)德拉x射線天文臺(tái)還在運(yùn)營(yíng)，但它們都已接近暮年，且仍然沒(méi)有新秀可以來(lái)替代。太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所社區(qū)項(xiàng)目辦公室負(fù)責(zé)人、天文學(xué)家杰森·圖姆林森說(shuō)：“哈勃望遠(yuǎn)鏡的使用期限應(yīng)該在十年內(nèi)。如果沒(méi)有替代品，那我們可能會(huì)有很長(zhǎng)一段時(shí)間無(wú)法研究來(lái)自太空的光、紫外線或x射線?！?/p>

技術(shù)人員正在檢查詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的6。5米分段主鏡和可展開(kāi)的遮陽(yáng)罩。詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡是NASA耗資100億美元建造的“旗艦”觀測(cè)器，已于2021年12月發(fā)射。（圖源：Chris Gunn/NASA）

NASA的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡是Astro2000的頂級(jí)太空項(xiàng)目，更是一個(gè)科學(xué)奇跡：一個(gè)低溫冷卻的紅外天文臺(tái)，帶有一個(gè)6。5米長(zhǎng)可折疊聚光鏡，它可以像折紙一樣被放入火箭中。此前，韋伯望遠(yuǎn)鏡的發(fā)射預(yù)計(jì)耗資約15億美元，并原計(jì)劃在2011年發(fā)射，用以研究早期宇宙中恒星和星系的誕生。如今看來(lái)，這點(diǎn)預(yù)算似乎太過(guò)天真。在經(jīng)歷了大量的成本超支和延期之后，這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡于2021年12月25日抵達(dá)太空，計(jì)劃運(yùn)行10年，項(xiàng)目總成本約為100億美元。該項(xiàng)目的望遠(yuǎn)鏡科學(xué)家、大學(xué)天文學(xué)研究協(xié)會(huì)主席馬特·芒廷說(shuō)：“我們無(wú)法在不冒險(xiǎn)的情況下進(jìn)行如此大規(guī)模的科學(xué)研究。我對(duì)該項(xiàng)目很有信心，韋伯望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目一旦失敗，將會(huì)是一場(chǎng)徹底的災(zāi)難，因?yàn)槲覀兛赡茉诙陜?nèi)都不太會(huì)推出另一款同類產(chǎn)品了?！?/p>

如果說(shuō)韋伯望遠(yuǎn)鏡是被Astro2000釋放出來(lái)的一個(gè)饑餓的巨人，那么Astro2010的頂級(jí)項(xiàng)目，NASA的南希·格雷斯·羅曼太空望遠(yuǎn)鏡，就是一個(gè)完全不同的怪獸——一個(gè)被削弱的科學(xué)怪人，因?yàn)樗恰笆暧?jì)劃”委員會(huì)從多個(gè)項(xiàng)目中拼湊出來(lái)的。委員會(huì)曾希望避免羅曼望遠(yuǎn)鏡（最初命名為廣域紅外巡天望遠(yuǎn)鏡，簡(jiǎn)稱WFIRST）重蹈韋伯望遠(yuǎn)鏡的覆轍，當(dāng)然它也成功避免了。然而，羅曼望遠(yuǎn)鏡的存在擾亂了業(yè)內(nèi)的安寧。有一位著名的天文學(xué)家認(rèn)為，羅曼望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目東拼西湊而成，十分可笑。

羅曼望遠(yuǎn)鏡曾預(yù)計(jì)最早在2020年發(fā)射，預(yù)算相對(duì)較少，不到20億美元。其最初的設(shè)想是用一組簡(jiǎn)陋的儀器和一個(gè)不到哈勃望遠(yuǎn)鏡一半大小的鏡子來(lái)研究宇宙中的暗能量。在許多專家看來(lái)，這樣一個(gè)項(xiàng)目幾乎不符合其所謂的“旗艦”地位。在官方的支持下，NASA最終增加了更多的儀器，并將羅曼望遠(yuǎn)鏡的反射鏡升級(jí)到與哈勃望遠(yuǎn)鏡的大小相同，增強(qiáng)了其科學(xué)能力，這才使業(yè)內(nèi)氣氛緩和下來(lái)——但這也導(dǎo)致該項(xiàng)目的花費(fèi)提高了近一倍，并推遲到2025年之前才能完工。與此同時(shí)，歐洲和中國(guó)也各自在發(fā)展自己的聚焦暗能量的太空望遠(yuǎn)鏡，它們的科學(xué)發(fā)現(xiàn)可能有望證明羅曼望遠(yuǎn)鏡存在的必要性。

NASA南希·格雷斯·羅曼太空望遠(yuǎn)鏡的2。4米主鏡，這是繼韋伯望遠(yuǎn)鏡之后的新一代旗艦望遠(yuǎn)鏡。（圖源：L3Harris Technologies， Inc。）

盡管韋伯和羅曼望遠(yuǎn)鏡最終都可能取得意料之外的收獲，但一些人擔(dān)心，這些項(xiàng)目對(duì)該領(lǐng)域帶來(lái)的巨大影響將會(huì)大幅削弱Astro2020的影響力。圖姆林森說(shuō):“這是第一個(gè)兩項(xiàng)頂級(jí)太空項(xiàng)目仍未執(zhí)行的十年。如果Astro2020委員會(huì)因此認(rèn)為我們此時(shí)應(yīng)該去做些小項(xiàng)目來(lái)等待旗艦天文臺(tái)的升空，那我覺(jué)得這將是個(gè)無(wú)法彌補(bǔ)的錯(cuò)誤。考慮到美國(guó)政府的運(yùn)作模式，等待十年的想法基本是不可能的?！?/p>

圖姆林森認(rèn)為，大多數(shù)天文學(xué)家似乎都誤解了“十年計(jì)劃”的“驅(qū)動(dòng)力”到底是什么。一份“十年計(jì)劃”報(bào)告是科學(xué)界、NASA、航空航天承包商、國(guó)會(huì)和白宮之間的多方、多年談判的開(kāi)始。這就是為什么一開(kāi)始就把目標(biāo)定得很高，且符合天文學(xué)家的最大利益。圖姆林森說(shuō):“我希望，通過(guò)Astro2020，我們可以平緩地降低風(fēng)險(xiǎn)和削減成本，這是所有人的希望。”

無(wú)論是因?yàn)镃OVID-19大流行、飆升的財(cái)政赤字還是日益嚴(yán)峻的全球氣候，一些人可能會(huì)質(zhì)疑美國(guó)天文學(xué)家主次不分。當(dāng)然，有人會(huì)這么回答，現(xiàn)在的科學(xué)要拖累二三十年后的科學(xué)發(fā)展是不可取的。一位曾處理過(guò)聯(lián)邦科學(xué)機(jī)構(gòu)撥款工作的前國(guó)會(huì)工作人員說(shuō)道，不管怎么說(shuō)，資方還是會(huì)出錢(qián)的。他們會(huì)得到一份分配表，如果資金不分配給天文學(xué)，那也許它會(huì)去支持NASA行星科學(xué)部的一個(gè)新旗艦任務(wù)，或者它會(huì)流向美國(guó)聯(lián)邦調(diào)查局的一棟新大樓。不管做什么，這些錢(qián)都會(huì)花出去的。

由藝術(shù)家繪制的Astro2020四個(gè)備選旗艦項(xiàng)目示意圖。從左下順時(shí)針?lè)较蛞来问且司酉低庑行翘煳呐_(tái)（HabEx）、大型紫外光學(xué)紅外探測(cè)器（LUVOIR）、起源空間望遠(yuǎn)鏡（Origins）和林克斯x射線天文臺(tái)（Lynx）。（圖源：G。Tremblay and the New Great Observatories）

“候選人”

為了應(yīng)對(duì)韋伯和羅曼望遠(yuǎn)鏡的困境，多年前，NASA開(kāi)始改進(jìn)其未來(lái)旗艦飛船的設(shè)計(jì)，要求明確其技術(shù)挑戰(zhàn)和成本預(yù)算。2016年，NASA召集了四個(gè)科研小組（STDTs），每個(gè)小組都研究一個(gè)獨(dú)立的任務(wù)，供Astro2020考慮。其中兩個(gè)——大型紫外光學(xué)紅外探測(cè)器（LUVOIR）和宜居系外行星天文臺(tái)（HabEx）——將專注于了解更多圍繞其他恒星運(yùn)行的行星，重點(diǎn)是研究地球外潛在的宜居星球。作為更廣泛的星系、恒星和行星系形成研究的一部分，系外行星始終是天文學(xué)研究的重要方向，超冷遠(yuǎn)紅外起源空間望遠(yuǎn)鏡的研究對(duì)象正是它們。最后，林克斯x射線天文臺(tái)，它將是有史以來(lái)最強(qiáng)大的x射線天文學(xué)設(shè)施，可以對(duì)橫跨宇宙時(shí)間的黑洞、活躍星系和劇烈超新星進(jìn)行近距離觀測(cè)。每個(gè)項(xiàng)目都有巨大的潛力，但也都有一個(gè)或多個(gè)讓天文學(xué)家坐立不安的致命弱點(diǎn)。

LUVOIR的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)一直都在于它那巨大的分割鏡。如果它的精度穩(wěn)定在皮米級(jí)（這是非常困難的），那這面鏡子將允許天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)和研究數(shù)百顆系外行星，同時(shí)還可以在一般天體物理學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行革命性的觀測(cè)。假設(shè)在太陽(yáng)的鄰近恒星周?chē)娴拇嬖谒{(lán)色類地行星，LUVOIR應(yīng)該能提供找到它們的最佳機(jī)會(huì)。但無(wú)論是15米的“豪華模型”還是8米的“預(yù)算尺寸”，將這樣一個(gè)高要求的、可展開(kāi)的鏡子送入太空，都意味著成本將達(dá)到天文數(shù)字。該任務(wù)小組負(fù)責(zé)人之一的奧米拉說(shuō)：“當(dāng)我開(kāi)始著手這項(xiàng)工作時(shí)，我閉上眼睛對(duì)自己說(shuō)，每米建材將耗資10億美元。但如果LUVOIR取得了成功，那么其收益將不可估量?！?NASA戈達(dá)德太空飛行中心的兩個(gè)不同小組預(yù)估的成本則略高，豪華版LUVOIR大約花費(fèi)150億-200億美元，預(yù)算版大約花費(fèi)120億-150億美元。

由于宜居系外行星天文臺(tái)（HabEx）的反射鏡較小，它會(huì)比LUVOIR望遠(yuǎn)鏡的任何一個(gè)版本都要便宜，估計(jì)成本接近100億美元，但也因此，它能觀測(cè)到的系外類地行星將會(huì)少很多。此外，HabEx上運(yùn)用了一個(gè)新設(shè)備，即一個(gè)名為“遮星罩”的花瓣型航天器，它展開(kāi)后有50多米寬，可以飛行7。5萬(wàn)公里來(lái)第一時(shí)間阻止目標(biāo)恒星的光被HabEx那4米長(zhǎng)的分隔鏡捕捉，以此來(lái)突顯出相對(duì)較暗的伴星世界。俄亥俄州立大學(xué)的天文學(xué)家，HabEx研究小組負(fù)責(zé)人之一的斯科特·高迪說(shuō)：“遮星概念對(duì)很多人來(lái)說(shuō)還是一個(gè)相對(duì)較新的想法。目前，科學(xué)家們已有一個(gè)比較現(xiàn)實(shí)的計(jì)劃來(lái)管理風(fēng)險(xiǎn)，并在預(yù)算內(nèi)開(kāi)發(fā)遮星罩?！?/p>

起源空間望遠(yuǎn)鏡（Origins）則妥當(dāng)許多，它擁有一塊近6米長(zhǎng)的完整鏡片，基于現(xiàn)在的技術(shù)，凈成本大約在70億美元左右。當(dāng)溫度在絕對(duì)零度與絕對(duì)零度以上5開(kāi)爾文之間，Origins的遠(yuǎn)紅外靈敏度將提高1000倍，使天文學(xué)家能夠在可觀測(cè)宇宙中繪制星系的內(nèi)部情況，同時(shí)還能研究少數(shù)小型系外行星以及附近恒星周?chē)行潜P(pán)中的水分。不同于LUVOIR和HabEx，Origins無(wú)法帶領(lǐng)人們探索類地行星，尋找適合居住的新世界，它的紅外光學(xué)系統(tǒng)無(wú)法提供像哈勃望遠(yuǎn)鏡那樣清晰的彩色圖像。繼韋伯和羅曼望遠(yuǎn)鏡之后，Astro2020將它排為NASA連續(xù)推薦的第三個(gè)紅外旗艦天文裝置?？的腋翊髮W(xué)的天文學(xué)家卡拉·巴特比說(shuō)：“有些人可能認(rèn)為天文學(xué)家會(huì)喜歡Origins，但如果你看了每個(gè)項(xiàng)目的概念及其背后共同的科學(xué)問(wèn)題，如行星、星系與黑洞的共同進(jìn)化等，我敢說(shuō)你不會(huì)認(rèn)為這個(gè)空間望遠(yuǎn)鏡是其中最完美和最安全的?！?/p>

林克斯x射線天文臺(tái)（Lynx）的造價(jià)要略低于Origins，但它們的設(shè)計(jì)和研究目的卻截然不同。它那3米寬的鏡片是同類中第一個(gè)由460個(gè)拋光硅殼組成的。這些硅殼排列密集，通過(guò)一定角度來(lái)反射和聚焦高能x射線。這種設(shè)計(jì)將提供比錢(qián)德拉望遠(yuǎn)鏡或其他早期x射線望遠(yuǎn)鏡更好的性能，使Lynx能夠揭示宇宙中古老黑洞的秘密。一些天文學(xué)家擔(dān)心Lynx的反射鏡可能會(huì)超出預(yù)算，且多數(shù)人擔(dān)心會(huì)和一個(gè)已有項(xiàng)目重復(fù)，即歐洲航天局（European Space Agency）的高能天體物理高級(jí)望遠(yuǎn)鏡（Athena），該設(shè)備將于2031年發(fā)射。哈佛大學(xué)和史密森學(xué)會(huì)天體物理中心Lynx項(xiàng)目小組成員、天文學(xué)家格蘭特·特倫布萊說(shuō)：“對(duì)于許多人而言，Athena的存在是用來(lái)反對(duì)Lynx項(xiàng)目的最佳論點(diǎn)，但我認(rèn)為兩個(gè)項(xiàng)目其實(shí)是互補(bǔ)的?！?/p>

總的來(lái)說(shuō)，以上四個(gè)項(xiàng)目構(gòu)成了Astro2020指導(dǎo)委員會(huì)的最佳候選名單。所有四個(gè)項(xiàng)目都要服從Astro2020的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和成本評(píng)估（TRACE）流程，這是航天公司對(duì)每個(gè)項(xiàng)目評(píng)估的全新檢查。如果TRACE認(rèn)為所有項(xiàng)目都遠(yuǎn)超預(yù)算，那么指導(dǎo)委員會(huì)可以一個(gè)都不選擇。（當(dāng)然從結(jié)果來(lái)看，LUVOIR和HabEx兩個(gè)項(xiàng)目已經(jīng)結(jié)合，它們的結(jié)合體“LuvEx”成為了Astro2020優(yōu)先級(jí)最高的項(xiàng)目。）

全新大型天文臺(tái)

天文學(xué)家們已經(jīng)列出了Astro2020最終可能宣布的四種結(jié)果，一位資深學(xué)者說(shuō)：“第一種情況，如果委員會(huì)不推出任何一個(gè)旗艦項(xiàng)目，而是像Astro2010那樣只給出技術(shù)建議，那我們就稱之為'爛三明治’計(jì)劃。反之，如果委員會(huì)順利推出旗艦項(xiàng)目，且為技術(shù)發(fā)展設(shè)定優(yōu)先級(jí)，來(lái)努力實(shí)現(xiàn)更多的項(xiàng)目，那我們就稱之為'完美的一餐’。”

多數(shù)項(xiàng)目組的成員認(rèn)為，美國(guó)天文學(xué)理想的未來(lái)不是一家獨(dú)大，而是合作共贏。這樣一來(lái)，一個(gè)“全新大型天文臺(tái)”很有可能在本世紀(jì)落成，就像哈勃望遠(yuǎn)鏡和其他劃時(shí)代的項(xiàng)目那樣。天文學(xué)家?jiàn)W米拉說(shuō)：“委員會(huì)選中了任何一款旗艦項(xiàng)目，我和我的同事都會(huì)歡呼。唯有合作，才能將大型天文臺(tái)項(xiàng)目推進(jìn)下去?！?/p>

換句話說(shuō)，只有當(dāng)天文學(xué)家們對(duì)天緣政治更有悟性，全新的大型天文臺(tái)才能落成。天文學(xué)家特倫布萊說(shuō):“我完全相信，一個(gè)由Lynx、Origins、LUVOIR或HabEx或LuvEx組成的'全新大型天文臺(tái)’項(xiàng)目是可以被實(shí)現(xiàn)的。在國(guó)會(huì)，這與總成本無(wú)關(guān)，而是與年度撥款有關(guān)。每年給NASA的天體物理學(xué)項(xiàng)目增加幾億美元就足夠了。”

這種充滿希望的猜測(cè)并非一廂情愿。一位內(nèi)部人士說(shuō)：“我們正在考慮給NASA提高1％至2％的撥款以實(shí)現(xiàn)'大型天文臺(tái)’項(xiàng)目。真正參與撥款的參議員只有30名左右，而聯(lián)邦政府的年度自由支配預(yù)算約為2萬(wàn)億美元。2萬(wàn)億美元除以30，然后把為每個(gè)參議員工作的員工也算進(jìn)去。你會(huì)發(fā)現(xiàn)，任何低于每年5億美元的項(xiàng)目基本上都留給了員工，并在利潤(rùn)中流失。” 特倫布萊說(shuō)得更直白。他說(shuō):“NASA實(shí)際上并不為總統(tǒng)執(zhí)行辦公室工作。它更像是為那些剛從大學(xué)畢業(yè)幾年后在撥款委員會(huì)任職的二十幾歲的年輕人效力。一項(xiàng)旗艦任務(wù)或'大型天文臺(tái)’項(xiàng)目可能會(huì)在一些低級(jí)職員吃午餐時(shí)就被批準(zhǔn)了?！?/p>

一顆系外類地行星正圍繞著一顆類似太陽(yáng)的恒星運(yùn)行。何時(shí)以及是否會(huì)發(fā)現(xiàn)這樣的行星，并能否詳細(xì)研究其宜居性和生命跡象，在很大程度上取決于Astro2020的結(jié)果。（圖源：NASA Ames， JPL-Caltech and T。Pyle）

千言萬(wàn)語(yǔ)匯成一個(gè)問(wèn)題

為了確保旗艦項(xiàng)目的順利進(jìn)行，天文學(xué)家們可能不僅要想方設(shè)法引起更多科學(xué)家的共鳴，還要得到政策制定者和公眾的認(rèn)同（包括無(wú)所事事的國(guó)會(huì)工作人員）。就這一點(diǎn)而言，沒(méi)有什么話題比對(duì)外星生命的無(wú)盡探索更具吸引力的了。

天文學(xué)家?jiàn)W米拉說(shuō)：“如果'十年計(jì)劃’想要獲得公眾的支持，那他們應(yīng)該把美國(guó)未來(lái)30年的天文學(xué)濃縮為一個(gè)問(wèn)題，即宇宙是如何使生物學(xué)成為可能的？想想我們需要什么才能得到答案。它不僅僅是在外太空拍攝小型類地行星的照片。我們還需要追蹤原子和分子的誕生，從宇宙大爆炸一直到行星的生物特征，了解星系和恒星在宇宙初期是如何誕生的。此外，我們還需要了解哪里可能存在生命，哪里不可能，這意味著要對(duì)太陽(yáng)系進(jìn)行更深入的探索，甚至可能要把宇航員送上火星。為解決這一個(gè)問(wèn)題，需要凝結(jié)NASA所有人，同時(shí)也可以吸引一些非盈利的非政府組織和國(guó)際合作伙伴。”

天文學(xué)家圖姆林森則說(shuō)：“這是Astro2020之所以'特別’的另一個(gè)原因。這是第一次，我們可以板著臉說(shuō)，我們對(duì)系外行星上發(fā)現(xiàn)生命有合理預(yù)期，并以此來(lái)設(shè)計(jì)任務(wù)。當(dāng)你有機(jī)會(huì)卻不這么做的時(shí)候，我覺(jué)得有點(diǎn)不能理解?！?/p>

然而，也有許多天文學(xué)家對(duì)他們可能無(wú)法兌現(xiàn)承諾而感到不安。麻省理工學(xué)院的天體物理學(xué)家、和高迪一起擔(dān)任HabEx項(xiàng)目小組聯(lián)合主席的薩拉·西格爾說(shuō)：“我們都必須支持一件大事，而且這件事必須大到足以讓我們都支持它，這種心態(tài)正是我們以前陷入麻煩的原因。當(dāng)然，尋找其他宜居星球是有公眾支持的，但是如果你告訴公眾每探索一顆行星可能要花費(fèi)5億或10億美元，你認(rèn)為他們會(huì)怎么說(shuō)？我們居住在一顆難以被發(fā)現(xiàn)的星球上，類地行星都又小又暗，且它們都靠近又大又亮的恒星。這就使我們尋找它們蹤跡的可能性變得十分渺茫?！?至少，近十年來(lái)看，這就是事實(shí)。天文學(xué)家高迪卻認(rèn)為，只用十年來(lái)判定天文學(xué)的未來(lái)，可能不是最好的方式。也許更長(zhǎng)的時(shí)間跨度才能與我們想進(jìn)行的項(xiàng)目相匹配，因?yàn)檫@些項(xiàng)目會(huì)隨著時(shí)間的推移，變得更復(fù)雜、更具挑戰(zhàn)?！笆暧?jì)劃”不足以框定它們，幾十年才有可能。

在就職于美國(guó)國(guó)家科學(xué)院、白宮以及現(xiàn)在美國(guó)最大的天文學(xué)家倡導(dǎo)組織之后，帕里奧特提出了一個(gè)簡(jiǎn)單的提議：“我們需要支持'十年計(jì)劃’，這是對(duì)所有人都利好的。畢竟我們別無(wú)選擇。”

BY: Lee Billings

FY: 忙碌的北門(mén)

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選文：天文志愿文章組-

翻譯：天文志愿文章組-忙碌的北門(mén)

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終審：天文志愿文章組-零度星系

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