一瞥后哈勃时代的宇宙
著：
Andrew Lawler
译：
Shea
下个月（3月份）NASA将进行最后第二次维修哈勃太空望远镜的飞行任务。同时，这也引发了一场有关空间望远镜未来的激烈争论。
下个月在航天飞机的宇航员执行维修哈勃太空望远镜的任务之后，哈勃太空望远镜又能焕发出青春了。但是天文学家却没有显出平日里的兴奋，因为NASA打算在再一次维修任务之后关闭哈勃太空望远镜。
这似乎还很遥远，但是下周就将对主要观测进行安排。2009年，下一代空间望远镜（Next Generation Space Telescope，NGST）将取代哈勃空间望远镜，但是它只能在红外波段进行观测，这样可见光和紫外天文学家就缺少了主要的空间探测手段。与此同时，地基望远镜也 正在试验新的技术，它可以提供和昂贵的空间望远镜一样的清晰影像。为了避免陷于被动，今年春天研究者将会确定未来20年空间观测的主要课题，以及哪些技术亟待解决。
同时，它也会对关闭哈勃太空望远镜的后果进行评估。作为哈勃太空望远镜的“支持者”NASA的前任局长丹·古德林（Dan Goldin）取消了延长哈勃太空望远镜使用寿命的计划。NASA官方的说法是，维修哈勃太空望远镜将耗费过多的钱，而耗资13亿美元的下一代空间望远镜仍需要资金。但是古德林已被辛·奥基福（Sean O'Keefe）取代，哈勃太空望远镜的支持者又有了一线希望。“现在NASA有了新的局长，同时他也正在为延长哈勃太空望远镜的使用期限寻找解决办法，”空间望远镜研究所（Space Telescope Science Institute，STScI）的哈里·弗古孙（Harry Ferguson）说。
但是，也许很难让NASA的官员相信这一点，他们普遍认为无论在政治上还是在技术上这些想法都是不切实际的。“我是哈勃空间望远镜的终极拥护者，”作了哈勃太空望远镜17年首席科学家的NASA空间科学主任艾德·韦拉（Ed Weiler）开玩笑说，“但我想在2010在史密松国家航空航天博物馆真正拥抱它。”
维修的余地？
在1990年哈勃太空望远镜非常难堪的首次登场，那时它的镜面有缺陷，但那之后证明哈勃太空望远镜是有史以来最成功的空间科学项目之一。甚至现在，每当执行完维修任务之后，申请哈勃太空望远镜使用时间的要求都会大幅增加。第一次在1993年12月，修复了哈勃太空望远镜的镜面，其他两次维修任务则大大提高了哈勃太空望远镜的数据采集能力。在1999年的维修任务中，宇航员更换了6个失灵的陀螺仪，它们对哈勃太空望远镜的精确指向起着至关重要的作用。同时，宇航员还安装了一台新的主计算机、一台先进的数据记录器、一部天线、一台更好的导向传感器以及更换了绝缘材料。
下个月的任务将为哈勃太空望远镜添置一台新的设备，能量转换装置，和4块新的太阳能电池板，它们比先前的要小却能多提供30%的电力。同时宇航员将安装一套新的冷却系统，它将使一部业已停止工作的设备重新工作。哈勃太空望远镜的主管说，其结果几乎将会是一座新的空间天文台。“在这次任务中，每一分钱都花在了刀刃上，”空间望远镜研究所的主任史蒂文·贝克威什（Steve Beckwith）说。
但是这项任务仍旧是对现有技术的一次挑战，而且也不便宜——此次维修任务耗资1.72亿美元。为了这次任务的顺利实施必须要有一只稳定的技术人员和工程师队伍，以及训练有素的宇航员。同时，航天飞机的飞行还需要5亿美元的额外开销。
如此大的开销使得美国国会、NASA和白宫预算和执行办公室在90年代达成了共识，在2004年后停止哈勃太空望远镜的维修飞行计划，进而将资金注入下一代空间望远镜计划。“如果你不停止哈勃太空望远镜的维修飞行，下一代空间望远镜计划就不会实质性的启动，”韦拉说，同时他补充说，哈勃太空望远镜原计划15年的寿命现已延长到了20年。他说，到那时即使维修飞行也无法使哈勃太空望远镜的技术保持领先。“我们可以继续用哈勃太空望远镜做出好的科研成果，”韦拉说，“但是我想做出出色的成果。由于没有足够的资金，我们必须做出艰难的选择。”
然而，贝克威什说我们的选择也许没有那么艰难。NASA可以在2004年之后进行相对便宜的维修飞行任务，并不需要大量的更新换代设备，而且技术进步还可以使每年4千万的运转费用在2010年前后减半。晚一些关闭哈勃太空望远镜同时也可以使下一代空间望远镜和哈勃太空望远镜共同工作一年，不至于使哈勃太空望远镜在下一代空间望远镜发射后就立即消失。
但NASA空间科学高级官员安妮·基尼（Anne Kinney）说，下一代空间望远镜和哈勃太空望远镜的共同运转对于NASA的研究计划并不是至关重要的。她和韦拉说，而且即使是每年都降低的运转成本——还不涉及另一次维修飞行——也会使NASA有限的预算捉襟见肘。贝克威什承认，关闭哈勃太空望远镜“已不再是一个技术问题，而是一个政治问题”。
在寒冷的太空中
但是，在塑造后哈勃时代的过程中，天文学家仍是十分重要的角色。下月，红外天文学家将汇聚马里兰商讨红外天文学的未来以及与之相关的空间计划。在4月份，光学和紫外天文学家在芝加哥也将召开类似的会议。组织芝加哥会议的亚利桑那大学的天文学家罗伯特·肯尼柯特（Robert Kennicutt）说：“我们可以为未来10年作一个远景规划。”但是希望事态有所改变的科学家会有些失望，肯尼柯特警告说：“这次会议并不是为了干预NASA的计划。”
提出一份有亲和力的计划是光学和紫外天文学家的当务之急，因为下一代空间望远镜上并没有搭载与之有关的设备。虽然未来可能有一些小型的空间计划，但是NASA在近期没有发射与光学或是紫外有关大型设备的计划。
与会者将会对一些课题进行评估，包括星系际物质、星系间的精确距离、外太阳系行星以及识别暗星系用于研究星系演化。“确定课题是十分容易的，”肯尼柯特说，“困难的是我们不知道在未来十年中有多少会被真正涉及到。”基尼说，坚定立场是十分重要的，“科学家倾向于从设备出发来思考；从NASA的角度来讲，知道科学项目的重要性才是最重要的。”
科学家也在尝试用日新月异的地基望远镜来完成他们的计划。地基望远镜还无法与在寒冷而清晰的宇宙空间进行红外、X射线和紫外线观测的空间望远镜相抗衡，而且在很长一段时间里这一情况仍将继续。但是新技术——例如自适应光学——使得地基望远镜在可见光波段拍的照片已经可以和哈勃太空望远镜的相比拟了。更重要的是，地面观测要便宜得多。
“在一部分可见光波段中，空间望远镜并没有足够大的优势，”肯尼柯特说。但是，对于地基设备赶上空间望远镜的可能性以及时间还没有一致的看法。“在可见光波段存在着相当大的分歧，”他补充说。
例如，自适应光学系统可以监测大气是如何使星像畸变的，进而通过改变镜面的形状来补偿这些畸变。最新的技术是通过激光来制造一颗人造星来引导自适应光学系统。最近位于智利帕洛奈尔的欧洲南方天文台甚大望远镜拍摄的照片甚至比哈勃太空望远镜的更为清晰。但是随着视场的增大，这种清晰度就会随之降低。
虽然一些天文学家认为空间望远镜的大视场光学成像能力相对于地基望远镜来说是一大优势，但是亚利桑那大学的罗格·安琪尔（Roger Angel）说一些地基望远镜（例如夏威夷莫纳亚克山凯克天文台的望远镜）正在赶超这些空间望远镜。在凯克天文台，一系列射入大气的激光使科学家能够在较宽的视场中来补偿大气对星像的畸变。研发精密的激光器是很困难的，但是它们确实有了长足的进步。事实上，一些地基天文学家不久就能捕捉到太阳系外行星的影像了。安琪尔说：“空间望远镜之所以看得更远是因为站在他们的肩上。”
技术桥
地基自适应光学和空间技术竞争的结果将对NASA最终的决定起关键的作用。“我们将对未来技术进行深入的讨论和评估，”基尼说。NASA的主管会谨慎考虑一份2004的倡议，其中包括更好更轻的主镜、探测器、镀膜技术和其他技术。到目前，一些长期项目仍为近期的财政预算所困扰。白宫的财政预算官员以耗资过多为由驳回了NASA要求在2003年花费5百万美元用于太阳帆和轻型光学系统研究的申请。但是，NASA的官员说，他们相信奥基福将会为空间望远镜的长期技术注入资金。
每个波段的望远镜都需要更大和更轻巧的光学器件。但是在细节上又有一些不同。例如，紫外设备由于其波长较短，要求光学器件的精度很高，同时镜面污染要求很低，因为它们会大量吸收短波辐射，而且还会损坏镜面。红外天文学则要求低温，来减少热和光的影响。而X射线天文学则要求更高精度和多重镜面，最近使用的锥形镜面已达到了极限，因为增大它们的口径已无法快速增加光的收集量。NASA的首席天文技术学家哈雷·斯罗森（Harley Thronson）说，各个波段都需要更好的探测器，所有的研发成本大约是每年3-4千万美元。
同时，NASA的官员说他们正密切关注地基天文学的进展。斯罗森补充说，2004年的倡议可能包括与国家科学基金会的合作，后者监管着地基望远镜。
这些合作无疑会使白宫感到高兴，白宫在去年曾经尝试整合这两个机构的工作。合作技术将是确定更好的适合空间或地基设备任务的第一步。“哈勃太空望远镜长期以来是这一领域的霸主，使人很难从另一个角度来思考问题，”安琪尔说。但是，随着哈勃太空望远镜的禅位，新时代即将到来。
哈勃太空望远镜拍摄的精彩照片
1994年苏梅克－利维9号彗星撞击木星
星系核超大质量黑洞（1997年）
年轻恒星旁的原行星盘（1993年）
γ暴（1997年）
杜鹃47球状星团（2000年）
哈勃深场照片（1996年）
类星体：确认其寄主星系（1997年）
高红移超新星（1998年）
译自 [Science 22 Feb 2002]
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