未来 10 年的空间科学可能是这样的

天文学和天体物理学十年调查基本上是对美国空间科学未来十年的预演。每十年,美国国家科学院、工程院和医学院召集的专家都会收集全国天文学家的意见,向政策制定者和联邦机构推荐一份优先项目清单。过去的待办事项列表中排在首位的是特定的大件物品,例如詹姆斯·韦伯太空望远镜和南希·格雷斯·罗马太空望远镜( 序列号:21 年 10 月 6 日;序列号:2010 年 8 月 13 日 )。但今年,天文学家正在改变现状。

最新的十年调查描绘了 2022 年至 2032 年美国天文学和天体物理学的发展方向,建议 NASA 制定一项新计划,一次开发几个主要的太空望远镜。根据 11 月 4 日发布的报告,尽早投资多个任务概念可以遏制单个任务变得过于笨重和昂贵的风险。

“这些都是非常重要的建议,”俄亥俄州立大学天文学家斯科特·高迪说,他不是编写该报告的国家科学院委员会成员。“他们真正关注的是美国的天文学方向——并且可以延伸到世界其他地区,因为我们有很多国际合作伙伴关系。”

拟议的多任务计划将重塑主要太空任务的规划方式。加州大学圣克鲁斯分校的天体物理学家乔纳森·福特尼(Jonathan Fortney)说,过去,“你会选择一个优先事项,建造它,启动它,然后你会考虑下一个优先事项是什么”以及调查委员会的成员。

但福特尼说,太空望远镜变得越来越雄心勃勃、复杂且昂贵。当一项任务从蓝图到发射可能需要数十年的时间时,一次一个的模型就不太有效。

多个大型项目正在进行中可以提供一定的保障。福特尼说,如果研究人员在一项任务上工作了几年,并意识到现有技术无法使其按时飞行,那么美国宇航局可能会切换齿轮,首先向太空发射另一架望远镜。并行开发多个任务还可以缩短发射之间的漫长等待时间。

“我对此感到非常兴奋。这就像是最好的结果,”高迪说。他补充说,这种设置可以增强人们对大型太空任务能够按预算和按计划进行的信心,因为在人们期待已久的詹姆斯·韦伯太空望远镜陷入了巨大的成本超支和延误之后。“这是一种真正处理事物的新方法,也是未来几十年推动天文学发展所真正需要的方法。”

根据调查报告,新计划的第一个任务应该是一架太空望远镜,以红外、光学和紫外波长观察宇宙,填补其他仪器留下的空白。哈勃太空望远镜主要观察光学和紫外光,而詹姆斯·韦伯望远镜主要观察红外光中的宇宙。

未来 10 年的空间科学可能是这样的
天文学家在 2001 年十年间巡天中最优先考虑的詹姆斯·韦伯太空望远镜(如图)最终定于 12 月发射。 诺斯罗普·格鲁曼公司

这个新型天文台的光收集区域是哈勃望远镜的两倍多,它可以瞥见其他恒星系统中的行星,这些行星的亮度与其恒星的十分之一十亿分之一一样,并且可以梳理出特定波长的光或光谱,由系外行星发出。该望远镜还可以观测恒星、星系和其他天体。该望远镜预计耗资 110 亿美元,预计于 2040 年代初发射。

调查建议,在开始第一个旗舰任务五年后,NASA 应该开始开发远红外任务和 X 射线任务,每项任务的成本估计为 30 亿至 50 亿美元。

福特尼说,进入宇宙的远红外窗口可以帮助天文学家研究水在形成行星系统时的行为。NASA 已有 22 年历史的钱德拉 X 射线天文台的后继者可以揭示星系演化、超大质量黑洞行为和其他高能现象的新细节( 序列号:2019 年 7 月 25 日 )。

根据十年调查,在地面上,天文学家的首要任务是继续建造两个主要的光学天文台,即智利的巨型麦哲伦望远镜和夏威夷的三十米望远镜——尽管后一个项目面临着争议。 序列号:8/5/20)。

调查还指出,是时候更换新墨西哥州的甚大阵列和散布在美国各地的甚长基线望远镜阵列了。这些世界级射电天文台的拟议继任者是下一代甚大阵列,其灵敏度将提高 10 倍。

福特尼乐观地认为,美国宇航局和其他联邦机构将使十年调查的首要任务成为现实。“就最突出的建议的产生而言,记录相当不错,”他说。“我非常有信心这些事情真的会发生。”

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