美国未来十年天文学走向

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1、美国未来十年天文学走向谢懿/编译“十年调查”出炉不久前，在一份融合了对宇宙好奇心与务实精神的“十年调查”报告中，一个由23人组成的专家委员会为美国天文学未来十年的发展制定了路线图。这一万众瞩目的“十年调查”报告，向美国航空航天局（NASA）、美国科学基金会（NSF）和美国能源部（DOE）建议在未来十年里资助的一些天文学和天体物理学项目。同时，这也反映出在过去的十年里天文学的重心转移到了暗能量（造成宇宙加速膨胀的神秘现象）和太阳系外行星，而这两个领域在2001年的调查时几乎没有成形。1964年，受到前苏联第一颗人造卫星的冲击，随之而来的大量资金使得美国天文学家起草了一份有益于这一领域的大型

2、项目清单。由此催生出的第一个“十年调查”报告，为未来十年将要建造的望远镜排定了优先发展的次序。今天，类似的优先级清单在其他学科中也能看到。“由于我们在过去的十年中已经看到了可以满怀信心地期待在下一个十年中所能做出的全新发现，”斯坦福大学的天文学家罗杰·布兰福德（RogerBlandford）说。他是这次为美国科学院撰写“十年调查”报告的23人专家委员会的主席。虽然报告中所提出的问题丝毫不让人意外——暗能量是什么？类地行星有多普遍？——但回答这些问题的策略却让人皱眉。考虑到财政状况远不同于10年之前，专家委员会并没有推荐那些专门用来解决天文学中这两个领域中的某一个项目。相反，他们给出了一个

3、能兼顾这两者的新空间望远镜最高的优先级。大视场红外巡天望远镜（WFIRST）是一架提议中的1.5米成像望远镜，它将在近红外波段上巡视天空（将于2014年发射的詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）也能覆盖这一波段）。所不同的是，JWST的目标是更深邃宇宙，而WFIRST则旨在观测更广大的区域，获得大范围天空海量数据。这些数据将包含许多微妙的线索——超新星距离－亮度关系、由背景星系或物质在三维空间中聚集导致的弱引力透镜或光线弯曲，独立地测量暗能量对宇宙膨胀的影响。WFIRST优先虽然WFIRST这个缩写是全新的，但它非常类似由NASA和DOE于最近几年研发的“联合暗能量任务”。在这个新的概念变

4、体中，这架耗资16亿美元的空间望远镜将服务于更广泛的目的，其中包括探测外星行星从银河系核球（银河系中恒星密度最高的地方）中背景恒星前方通过所造成的微引力透镜。这一方法虽然不适合深入研究单个的行星系统，但却可以通过大量的发现为研究银河系中哪种行星系统更普遍提供一个无偏的样本。优先发展WFIRST的决定，可能会对欧洲空间局（ESA）正在研发的一个类似项目——“欧几里德”产生重大影响。“欧几里德”的天文学家正期待美国的参与，而“十年调查”报告却要求美国在WFIRST和“欧几里德”的潜在合作中发挥领导作用。图为将于2015年建成的地面观测设施——大型综合巡天望远镜（LSST）模拟图排名第一的地面

5、设备是大型综合巡天望远镜（LSST）——一架将被安放在智利安第斯山脉几乎永远都是晴朗夜空的8.4米光学望远镜。当它在2015年完成时，LSST上的30亿像素照相机每3天就能对整个天空进行一次成像观测，由其提供的庞大数据库将补充WFIRST对暗能量的研究，同时还将推进γ射线暴、外行星以及近地小行星等不同领域的研究。排在地面和空间优先发展第二位的并不是什么大型项目。相反，“十年调查”报告建议拨款资助那些能做出新发现的中小型实验和设施。过去，小型的专门任务，例如威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）和雨燕γ射线天文台，以相对较低的成本取得了突破性的成果。“十年调查”报告着重强调，供资机构需要在

6、两个以美国为首、目前正在研发的大型设备中做出选择：它们分别是提议中的将放置在夏威夷莫纳克亚的30米望远镜（TMT）和设想选址在智利的巨型麦哲伦望远镜（GMT）。两者目前都由私人资金支持，未来的运转将需要大量的资金。鉴于欧洲也在优先考虑40米的望远镜，迅速决定其中的哪一架能得到美国联邦政府的支持，将有助于避免陷入潜在的困境。肉眼看不见、但普遍存在的暗能量被认为是加速宇宙膨胀的助力往下的排名中，一个拟议的用来研究有望在未来十年内被发现的近距类地行星的项目得到了暂时的支持，但距离发射时间还很远。同时，用于探测引力波的激光干涉空间天线（LISA）的排名，现在则上升到原先一直排名较前的国际X射线空

7、间望远镜之上。在决定项目排名的升降中，专家委员会根据的是来自整个天文学界的声音。从5年前开始，数千名科学家经过17次座谈会完成了非正式报告。该委员会还收到了超过340份提出不同建议的科学白皮书，它们是由9个专家组挑选出的并归纳了其中的要点。“通过这一方式，我们非常广泛地了解了天文学界的情况，以确保我们获知该领域今天的各个方面，”负责此次调查的美国国家研究委员会（NRC）的迈克尔·莫洛尼（MichaelMoloney）说。“十年调查”