10年宇宙新计划

美国天文学家周四呼吁美国投资建造价值数十亿美元的新一代“超大型”望远镜，这些望远镜将比目前地球上或太空轨道上的任何望远镜都要大。

这项投资将需要挽救和巩固两个相互竞争的项目，即巨型麦哲伦望远镜和三十米望远镜的努力。 一旦完成，这些配备有 25 米和 30 米主收集镜的望远镜的灵敏度将比目前运行的任何望远镜高出约 100 倍。

它们将使天文学家能够深入观察遥远星系的核心，那里有超大质量黑洞漫游和能量消散； 探究暗物质、暗能量等奥秘； 研究除太阳以外的恒星周围的行星。 也许最重要的是，它们可能会提出关于宇宙本质的新问题。

但是天文学家多年来一直在努力筹集足够的资金来实现他们的梦想。 在新提案中，美国国家科学基金会将提供 16 亿美元来完成这两个项目，然后作为名为美国甚大望远镜的新项目的一部分帮助运行它们。

周四，天文学家还敦促 NASA 开始一项新的大天文台任务和一项技术成熟计划，该计划将在未来 20 到 30 年内开发一系列天体物理航天器。 第一个是比哈勃太空望远镜更大的光学望远镜，能够探测和研究附近宇宙中可能宜居的类地行星。 天文学家表示，只有美国宇航局才能实现这一目标，并指出它可能在 2040 年准备就绪，耗资 110 亿美元。

这是美国国家科学院、工程院和医学院于周四发布的一份期待已久的 614 页报告《2020 年十年天文学和天体物理学发现途径》中的两项最大建议。

在过去的 70 年中，每 10 年，学院都会赞助一项对天文学界的调查，以便在未来十年优先考虑昂贵的元素。 众所周知，这项十年调查引起了国会、美国宇航局、国家科学基金会和能源部的关注。

今年的工作——由加州理工学院的 Fiona A. Harrison 和亚利桑那大学和德克萨斯 A&M 大学的 Robert C. Kennicott, Jr. 领导——历时三年，包括 13 个小组之间的数十次会议和讨论，涵盖每个小组. 天文科。 总共提交了 860 份白皮书进行调查，描述了可以建造哪些望远镜、应该发射哪些太空任务、应该进行哪些实验或观测，以及天文学界必须解决的多样性等问题。

哈里森博士在接受采访时说，他们的委员会试图在雄心与这些项目所需的时间和金钱之间取得平衡。 例如，人们提出了许多航天器探索行星的想法。 有些非常大，有些非常小； 有些可能需要一个世纪才能实施。 该小组没有选择其中一个，而是要求社区和 NASA 提出有关六米直径太空望远镜的想法。 （哈勃的主镜直径为 2.4 米。）

“六米望远镜似乎是一个可以实现的目标，”哈里森博士说。

“这本身就是一项雄心勃勃的努力，”她补充道。 只有美国宇航局，只有美国才能做到这一点。 我们认为我们可以做到这一点。”

为美国国家科学基金会运营天文台的大学天文学研究协会 (AURA) 主席马特·芒特 (Matt Mountain) 在一封电子邮件中称这份十年报告“非常大胆”。 “几十年来，他们并没有回避制定愿景，这确实是需要和需要采取的。”

十年调查有成功的记录。 1990 年发射并仍在运行的哈勃太空望远镜和詹姆斯韦伯太空望远镜——旨在看到时间的开始并计划于下个月发射——都受益于之前十年调查的高排名。

因此，天文学和天体物理学界都在热切期待每项新调查的结果。 “该小组是高度机密的，”加州大学圣克鲁斯分校教授娜塔莉·巴塔利亚 (Natalie Batalha) 在报告发布前夕的一封电子邮件中说，她在美国宇航局的开普勒行星发现任务中发挥了主导作用。 “老实说，我什么也没听到。我在等针和针。”

在周四的报告中，该学院为未来十年设定了三个总体科学目标：寻找宜居行星和生命。 研究造成自然界最剧烈事件的黑洞和中子星； 星系的生长和演化。

报告说：“未来几十年将使人类走上确定我们是否孤独的道路。” “地球上的生命可能是一个共同过程的结果，或者它可能需要一组不寻常的环境，使我们成为银河系甚至宇宙中唯一的生物。这两个答案都很深刻。”

一个非常大的望远镜计划的想法是雄心勃勃的，因为它涉及混合两个相互竞争的望远镜项目， 30 米望远镜，计划在夏威夷的莫纳克亚山上空 或西班牙的加那利群岛，以及 巨型麦哲伦望远镜在智利进行中.

这两台望远镜都是国际合作的广阔梦想和二十年的筹款和合作伙伴招募梦想的产物。 任何一台望远镜都比现在地球上的任何望远镜都要大三倍，并且能够一百倍地分辨出宇宙中微弱的遥远恒星； 通过团队合作，他们可以解决有关宇宙的深刻问题。 但是这两个项目都没有筹集到足够的资金——需要超过 20 亿美元——来实现其目标。

如果不能建造这些望远镜，欧洲将把地球天文学的领导地位拱手让给欧洲，后者正在智利的阿塔卡马沙漠建造一个 39 米的望远镜——欧洲超大望远镜——预计将于 2027 年开始运行。 一些天文学家比较了1993 年取消了美国超导超级对撞机项目，该项目将粒子物理学的未来交给了欧洲核子研究中心和日内瓦的大型强子对撞机。

如果美国国家科学基金会 投资完成两台望远镜，将获得大量的观测时间，这些时间将分发给美国天文学家。

哈里森博士说：“这两个望远镜位于相反的半球，设计完全不同，非常适合对宇宙进行互补的询问。” “想象美国将无法到达那里是不可能的。”

巨大的挑战等待着。 巨型麦哲伦团队已经在智利启动，但三十米望远镜的进展阻碍了它 夏威夷原住民和其他团体的抗议和围攻. 已在加那利群岛的拉帕尔马确定了另一个地点。

鉴于目前对基础设施的关注和不断增长的科学预算，天文学家希望明星们能够与他们的大胆愿景保持一致。 但他们一直被成本超支的历史所困扰，最引人注目的是詹姆斯韦伯太空望远镜，该望远镜经过多年的延迟，最终将于 12 月发射，最终价格为 100 亿美元。

“所有这些 JWST 都迫在眉睫——整个计划将取决于它的成功，”迈克尔·特纳 (Michael Turner) 说，他现在是洛杉矶 Kavli 基金会的宇宙学家，也是十年调查专家。 “十指相扣。”