又雙叒叕延期了：耗費近百億美元，史上最貴望遠鏡何時接班哈勃？

詹姆斯·韋伯空間望遠鏡效果圖（來源：NASA）

當地時間3月27日，NASA宣布將詹姆斯·韋伯空間望遠鏡的發射時間推遲至不早於2020年5月，這是自2005年以來，該望遠鏡第6次推遲發射計劃。與此同時，該項目88億美元的經費也可能隨著此次推遲再次增長。面對不斷推遲的發射時間以及與日俱增的經費需求，這項史上耗資最大的空間望遠鏡工程將何去何從？

撰文 | Lee Billings

翻譯 | 吳非

審校 | 韓晶晶

自從1996年立項以來，全球天文學家一直在等待哈勃望遠鏡的繼任者——詹姆斯·韋伯空間望遠鏡（James Webb Space Telescope, JWST）的升空，但這一次，他們無疑又要失望了。

當地時間3月27日，NASA宣布將詹姆斯·韋伯空間望遠鏡的發射時間推遲至不早於2020年5月，比原計劃延遲了近一年。作出這一決定的原因是，NASA需要對望遠鏡錯綜複雜的系統以及出現的問題進行更多測試，包括網球場大小的遮陽罩在展開時出現的撕裂狀況。與此同時，該項目88億美元的經費也可能隨著此次推遲再次增長。

推遲計劃影響的還有未來十年的空間科學研究計劃。美國國家學院需向聯邦機構及國會提交一份「十年規劃」，其中涉及地面及空間望遠鏡的發展規劃及費用評估。按照原先的計劃，下一份規劃將在2020年，也就是JWST發射並開始科學實驗後發布，但現在，發射時間的推遲顯然打亂了原先的規劃。

Too big to fail

JWST推遲發射的消息早有徵兆。在此之前，JWST最昂貴的部分——主鏡及科學儀器已經建成並通過測試，已於今年2月初送至航天公司Northrop Grumman進行進一步測試。但隨後，美國政府問責局發出警告，稱公司在先前認為較為簡單的部件上落後於原計劃。推進器的閥門在不當清潔中損壞，修復至少需要一年時間。此外，望遠鏡網球場大小的遮陽罩在展開時出現撕裂的狀況，事故原因分析及修復都需要耗費大量時間。

JWST搭載的科學儀器被送至Northrop Grumman公司。（圖片來源：NASA）

「JWST在NASA的科學任務中處於優先順序最高的地位，也是美國歷史上最大規模的國際空間科學項目，」下個月即將退休的NASA代理局長Robert Lightfoot表示，「望遠鏡的硬體設施都已準備就緒，但飛行器中出現的問題迫使我們採取必要的解決措施，以實現這項充滿雄心、難度極高的望遠鏡工程。」

在哈勃望遠鏡於近30年前進初登舞台、為我們帶回令人驚嘆的宇宙面貌之後，人們就期望它的繼承者——JWST能用嶄新的技術，讓我們對宇宙的認識再次實現巨大飛躍。相比於在地球軌道上運行的哈勃，JWST將會前往遠至150萬千米外的第二拉格朗日點，在遮陽罩的幫助下，望遠鏡的溫度接近絕對零度。抵達軌道後，JWST將持續運行直至5~10年後燃料耗盡。通過精密的紅外儀器以及直徑達6.5米的巨大鏡面，位於高軌道的JWST能探測到眾多哈勃無能為力的宇宙圖景：宇宙最早的恆星和星系；在充滿氣體、塵埃的早期宇宙中，恆星胚胎的形成過程；其他恆星周圍行星的大氣層……由此不難理解，為什麼在天文學家心中，JWST就是天文學長期發展的基石：如果沒有JWST，圍繞其建立的眾多計劃都將崩塌。

對於此類畢其功於一役的做法，一些科學家提出了質疑。「像JWST這樣，一項任務佔據主導地位的情況並不是好事，」哈佛-史密森尼天體物理中心的天體物理學家Martin Elvis就批評道，「這會讓項目陷入『重大到不敢失敗』（too big to fail）的境地，因為耗資如此驚人的項目一定不能失敗，你不能理性地威脅取消這一項目，人們也會更加小心謹慎以確保成功，這意味著更多的測試，當然還有進一步上漲的經費。因此，人們陷入了一個正反饋循環中。」當然，無論準備多麼充分，JWST仍然存在毀於一旦的風險：或許是由於火箭發射失敗被炸成碎片或是墜入海底，或許是精心設計的程序出現故障而錯失預定軌道……

發射時間不斷延後

在2000年的十年規劃中，美國天文學家將JWST列為21世紀頭十年中優先順序最高的項目，當時項目的預算大約為10億美元。十年後，在JWST項目上的花銷已經達到35億美元——大量經費用於研發必不可少而又造價高昂的新技術。這時，JWST已經成了一項「too big to fail」的工程，在2010年的十年規劃中，人們只能繼續加大投入。同時，報告中還建議開展數項用於輔助、完善JWST的新項目，例如至今仍前途未卜的大視場紅外巡天望遠鏡（WFIRST）。而JWST的發射時間，也推遲到了2014年。

隨後不久，一項獨立調查卻發現，JWST項目陷入危機。由於經費消耗過快，建造望遠鏡的關鍵工作不斷延期，對後續經費的需求也持續增加。NASA和美國國會重新調研後，將JWST的預算大幅提升至80億美元（進入太空後，還有8.37億美元的操作預算），預期發射時間也調整至2018年10月。

到了2017年9月，JWST的發射時間再度推遲至2019年春季，這次的原因一方面是Northrop Grumman公司的設備整合需要更長時間，此外Arianespace公司的火箭發射窗口也需要協調。

JWST預期發射時間及經費的演變。該項目最初的預算只有5億美元，如今已經漲至88億美元。（數據來源：維基百科）

正如文章開頭介紹的，此次推遲是由推進器及遮陽罩的損毀導致的，而最新的發射時間（2020年5月）則由NASA馬歇爾太空飛行中心的Paul McConnaughey所領導的獨立調查團隊得出。參與該項目的官員相信，即使延遲發射導致費用超支，也只會超出幾個百分點。即便如此，要確保JWST在儘可能少的經費超支的前提下趕上2020年的發射窗口，NASA依然面臨著巨大的壓力。為此，NASA罕見地組建了第二隻獨立調查團隊，這支團隊由NASA戈達德太空飛行中心的前主任Thomas Young領導，目的是確定JWST能否在不超支的前提下趕上發射日期。

曠日持久的經費博弈

2017年12月，Young在國會上指出：「JWST目前所處的階段是，唯一的評判標準就是項目的成功。只要能夠使成功概率最大化，任何合理的事情都應該去做。在這個階段，無論是數天、數個星期甚至數月的延遲，還是一定程度的費用超支，相比於整個項目的最終成功，都只是很小的代價。」

與此同時，2010年的十年規劃中最高優先順序的WFIRST項目也陷入了項目延期、經費增長的困境。特朗普在2019財年的白宮預算中，提議將WFIRST項目完全取消，而國會和空間科學部門則堅決反對這一議案。由於在可預見的將來，預期經費可能會始終不景氣，NASA官員表示，JWST超支的費用很可能會從WFIRST項目中扣除，這又會反過來導致後續項目進一步的延遲及費用超支。其直接後果是，原先預期與JWST同時進行的項目只能延後。

WFIRST科學團隊的共同領導人之一、普林斯頓大學天體物理學家David Spergel承認，這樣的交易值得一做：「JWST是NASA歷史上最複雜的工程項目之一，同時也是最具難度的科學項目。我們對延期很失望，所有人都對JWST返回的科學成果翹首以盼。但是，為了確保項目的最終成功，最好需要適度的延期和經費超支。」

其他有影響力的天文學家對此表示贊同，儘管很不情願。亞利桑那大學的天體物理學家Marcia Rieke說：「當某個項目延期的時候，你肯定開心不起來，因為這意味著下一個項目也會不可避免地延期。」Rieke是JWST的近紅外相機（NIRCam）設備的項目負責人，他也是美國科學院天文學與天體物理學委員會的主席之一。該委員會與NASA、美國科學基金會和美國科學院空間研究委員會一起，協助制訂十年規劃。

Rieke說，JWST和WFIRT面對的難題，有可能會導致下一個十年規劃被推遲，而這至少也會令其他領域，尤其是行星科學下個十年規劃的制訂錯失時機。或者，天文學家可以先不管JWST是否成功，仍按時制訂新的天文學規劃，只要新的規劃把這些陷入困境的望遠鏡視為優先事項，並且讓那些同樣雄心勃勃的未來項目從中吸取教訓。Rieke稱：「十年規劃本來就是要衡量我們可以實際達成什麼，所以它總是身處挑戰極限和切實可行之間的狹窄縫隙中。

換句話說，最簡單的解決方案就是直接按計劃制訂下一個十年規劃，並建議NASA在21世紀的下個十年中，尋求更小更廉價的空間望遠鏡組合。這樣的前景令一些天文學家感到了一絲寒意，他們本來希望能利用JWST項目耗費巨資開發出的新技術來建造更大的空間望遠鏡。這些天文學家希望，更大的望遠鏡有能力對鄰近恆星周圍的行星進行直接成像觀測，從而尋找生命的跡象。

一位資深天文學家表示：「我現在擔心的是，天文學界會過於擔心成本，以至於在下個十年中不提出任何大型望遠鏡方案。」由於話題在政治上的敏感性，這個天文學家要求匿名發表意見，他認為：「這將導致美國在2030年之前都不會有什麼大項目。甚至有可能直到2050年，才會真正建造和發射頗具雄心的望遠鏡。資金可以在不同規模的項目之間流轉的想法是錯誤的。如果NASA在JWST和WFIRST之後不去推進其他重大戰略項目，那麼無法保證國會能把「省下來」的錢撥給較小的項目。那些錢更有可能投入到載人探月項目，或者與NASA完全無關的項目去。如果我們不夠謹慎，這將有可能徹底終結美國空間天文學的黃金時代。

https://www.scientificamerican.com/article/nasas-james-webb-space-telescope-slips-to-2020-and-astronomy-suffers/

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