未來之眼開啟天文新紀元——空間望遠鏡計劃

新聞 05-01

原標題：未來之眼開啟天文新紀元——空間望遠鏡計劃

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2018年4月18日發射的凌星系外行星勘測衛星(TESS)開啟了新一代太空間遠鏡的序幕。這僅僅是開始，2020年，詹姆斯韋伯空間望遠鏡將升空。2040年前還排期了其它先進的空間望遠鏡，它們各懷特技，將引領天文觀測到全新水平！

藝術家描繪的來自美國宇航局的詹姆斯韋伯望遠鏡

Credit: NASA

美國宇航局正在醞釀的4個旗艦任務概念：1、LUVOIR：大型紫外/可見光/紅外探測衛星；2、OST：起源空間望遠鏡；3、HabEx：宜居行星影像衛星；4、Lynx：新一代X射線探測衛星。包括剛發射的TESS、即將發射的詹姆斯韋伯和上述的空間望遠鏡將接替現役的哈勃、開普勒、斯皮策和錢德拉空間望遠鏡。

這些未來天眼的科研範圍寬廣，從觀測黑洞以及早期宇宙，到系外行星研究和太陽系內天體的深度研究。讓我們一同了解一下這些旗艦任務的細節。

LUVOIR

大型紫外/可見光/紅外探測衛星(LUVOIR)藝術效果圖

Credit: NASA/GSFC

大型紫外/可見光/紅外探測衛星(LUVOIR)是一個巨型空間天文台，可以被看做是哈勃望遠鏡的升級版，根據美國宇航局戈達德太空飛行中心公布的任務概念，它將使用超過哈勃空間望遠鏡6倍的模塊化主鏡(直徑約15米)，觀測波段從遠紫外到近紅外，更強大的觀測能力將在系外行星研究等領域發揮巨大作用。比對詹姆斯韋伯空間望遠鏡，它的主鏡直徑6.5m，同樣也是模塊化拼合，這種方式利於發射，主鏡將在太空中展開。

LUVOIR展開概念動畫

Credit: NASA

科學家阿基羅貝熱(Aki Roberge)解釋：「尋找地外生命極具雄心，但是目前大多技術和科研都將它作為終極目標。LUVOIR就是一個擁有更強大觀測能力的技術新紀元，它的模塊化主鏡和日冕儀都能夠在皮米級精準控制。」在這些設備和技術的支持下，LUVOIR可以直接對地球大小的系外行星進行成像，並直接研究它們的大氣。

OST

起源空間望遠鏡(OST)，同樣源自戈達德太空飛行中心，它類似於美國宇航局的斯皮策空間望遠鏡和歐空局的赫歇爾空間天文台，它觀測遠紅外波段的靈密度超過前任的1萬倍，它可以窺探宇宙的深處，在系外行星的大氣中尋找生命活動的跡象。主鏡直徑9米，它將是首個具備主動冷卻能力的空間望遠鏡，主鏡溫度將保持在4開爾文(-269攝氏度)，探測器溫度將保持在0.05開爾文。為此，OST需要給它設計特殊的遮陽外層、四台制冷機和多級連續絕熱消磁冷凍裝置。

起源空間望遠鏡(OST)藝術效果圖

Credit: NASA/GSFC

戈達德太空飛行中心戴夫(Dave Leisawitz)是OST項目的科學家，他表示「建造OST最大的三個挑戰是感測器、感測器、感測器！」OST依賴於兩種前沿的感測器技術：躍遷邊緣感測器或動態電感探測器。雖然躍遷邊緣感測器較新，但已經在同溫層紅外線天文台(SOFIA)的空運高解析度寬譜攝像機上應用。

HabEx

美國宇航局噴氣動力實驗室負責宜居行星影像衛星(HabEx)。如同LUVOIR，這個空間望遠鏡擁有大尺寸主鏡，可以直接分析系外行星的大氣構成，它還會研究早期宇宙以及大質量恆星的生命周期，也會間接的了解生命必要元素的形成。如同LUVOIR，HavEx將研究紫外、可見光和近紅外波段，同時它可以遮擋目標恆星的直接光線，利於觀測圍繞他運行的行星。項目專家尼爾(Neil Zimmerman)介紹「為了觀測系外行星，我們必須克服以下障礙：目標恆星的直射光線遠大於行星的反射光線，這不僅要求我們有效遮擋直射星光，還要有足夠寬廣的動態範圍。」

宜居行星影像衛星(HabEx)藝術效果圖

Credit: NASA/JPL

為了解決這一難題，項目組使用兩個方法：一是使用外部遮擋板和內部日冕儀來阻擋星光；二是在日冕儀應用碳納米管調整未被遮擋的部分星光射入主鏡的衍射光斑特徵。

Lynx

Lynx：新一代X射線探測衛星是馬歇爾太空飛行中心負責的項目。它是專註於X射線波段的空間望遠鏡，它使用X射線微熱計成像光譜儀，可以觀測宇宙早期星系中心的超大質量黑洞。它的原理是X射線光子撞擊探測器，轉化為熱能，然後通過測溫計量化。項目專家羅布(Rob Petre)解釋「超大質量黑洞存在於比我們預料的更早期宇宙，我們並不知道為什麼它們能出現在恆星形成不久的時候，需要藉助更強大的X射線望遠鏡觀測這些早期超大質量黑洞，研究它們的形成機制。」