见见这个“太阳系太空望远镜”：为什么美国宇航局需要建造一个“新哈勃”来保持眼睛盯在行星、彗星上

资深撰稿人 Jamie Carter

Apr 8, 2022,10:00pm EDT

SCIENCE

我激励人们去观星，看月亮，享受夜空

卡洛琳荷谢尔（Caroline Herschel）高角分辨率太空组装多孔径（CHARISMA）望远镜能否是一个太阳系太空望远镜的基础？KUNIO M. SAYANAGI

自从发现号航天飞机将哈勃太空望远镜释放进地球轨道以来已经过去了近32年。

从那时起，校车大小的“望远镜”已经以17000英里/小时的巡航速度环绕地球，做出遥远的星云、星系以及太阳系中的天体的观测。

事实上，到目前为止，哈勃望远镜在它的生命周期中只花了6%的时间研究太阳系目标。

尽管如此，哈勃望远镜对行星科学家以一种新的詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）永远不能是的方式至关重要。

哈勃每年作为它的外行星大气层遗产项目（OPAL）的部分都会发送回巨行星特别是木星和土星的图像，如此科学家能寻找在它们的风暴、风和云中的变化。

至于外太阳系的许多较小的天体，天文学家已经没有多少时间用哈勃望远镜来研究它们。

一年一次的一瞥并不多，此外哈勃进入老年（并开始失败）。新的詹姆斯韦伯太空望远镜将研究一些太阳系目标------例如木星的“大红斑”------但它将主要工作在红外中，因此将大体上集中在深空。它主要用于天体物理学，不是行星科学。

无论哪种方式可能很快就会没有能够向我们发送行星、彗星、小行星的图像并做出新的发现的“天空之眼”。

想象一下，行星科学家可以用一个100%时间训练在太阳系天体上的望远镜可以做的。

是一个专用的太阳系太空望远镜（SSST）的时候了吗？

2020年8月25日，美国宇航局哈勃太空望远镜拍摄的紫外、可见光和近红外光中的木星图像。 NASA, ESA, STSCI, A. SIMON (GODDARD SPACE FLIGHT CENTER), M.H. WONG (UNIVERSITY OF CALIFORNIA, BERKELEY), AND THE OPAL TEAM

什么是太阳系太空望远镜？

这是一个大/中级太空望远镜，致力于行星科学和观察跨整个太阳系的目标。我们正在谈论的是可见光和紫外波长中的高分辨率、高灵敏度观察。

这从哈勃望远镜目前是可能的，但不是韦伯，韦伯主要看红外线。

在一份现在被认为是即将到来的行星科学和天体生物学十年堪查部分的一个白皮书中这一切都被详细介绍，一个由美国国家科学院编制的报告，该报告将定出美国宇航局未来10年的优先事项。它将于2022年4月19日发布。

作者们要这个太阳系太空望远镜被考虑为美国宇航局的新前沿使命之一，这通常成本低于10亿美元。太阳系太空望远镜被估计耗资8.15亿美元。

为什么我们需要一个太阳系太空望远镜？

为了帮助天文学家了解我们太阳系中依赖于时间的现象------例如在行星上的季节性变化，沙尘暴甚至罕见的彗星撞击------以及一个跨太阳系中小天体的详细研究（并寻找更多）。

弗吉尼亚州汉普顿大学的邦雄早柳说， “关于太阳系目标有趣的是它们在人类的时间尺度上进化------非常快- -----有时在一个每天上，但绝对的是在一个年的上” ，他是太阳系太空望远镜提案的合著者。“哈勃的外行星大气层遗产项目一直每年捕捉木星、土星、天王星、海王星的一个良好视野一次来查看变化。

当然，在哈勃的一生中，木星的朱诺号和土星的卡西尼号已经拍摄了远更高分辨率的图像，但这样的使命不会持续很长时间。

一个太阳系太空望远镜可以研究：

·   在金星和土星的一个大卫星土卫六上的火山活动。

·   寻找在天王星的的卫星（米兰达和爱丽儿）、海王星的大质量卫星海卫一和冥王星上的水蒸气。

·   土星的卫星土卫二和木星的一个火山卫星伊奥上的表面变化。

·   研究木星的特洛伊木马，不规则卫星、半人马座和柯伊伯带天体（KBO）。

艺术家的概念显示美国宇航局 / 欧空局哈勃太空望远镜在环绕地球的轨道上。这 ...  ESA/HUBBLE (M. KORNMESSER)

为什么我们不能用韦伯太空望远镜？

韦伯是令人难以置信的。它已经获得了一个6.6米的镜子------与哈勃太空望远镜的2.4米镜子相比------这意味着收集功率更高六倍。

然而，我们不应该将韦伯与哈勃比较。

虽然后者主要在可见光下观察宇宙，但韦伯是一个红外望远镜。韦伯对红外光的敏感性意味着它将能够看到来自第一批恒星------比太阳更大300倍的光------以及最微弱、最早的星系。

弗吉尼亚州汉普顿美国宇航局兰利研究中心的研究物理科学家辛迪杨博士说，“韦伯不是严格意义上的一个继任者，它将继续哈勃一直在做出的任何测量”。毕竟，在波长范围内的英寸几乎没有重叠。韦伯的最短波长覆盖范围为700纳米，而哈勃望远镜降至近200纳米。因此按波长韦伯不是一个哈勃的延续。杨说，“对于紫外光测量来揭开示太阳系中的时间上动态现象这是如此至关重要，我们需要高频和长时间的使命”。

简而言之，韦伯不是为行星天文学设计的，而是为回答天体物理学中的问题。此外，它不会有多余的时间。该论文写道，“将天体物理资产用于太阳系科学是重要的，但鉴于太阳系目标的数量和时变性质不能完全的面向这里描述的科学”。 韦伯是“第一眼”科学，就像哈勃望远镜一般是的一样------这两个望远镜都不打算多次观察天体。

然而，只要它持续下去哈勃望远镜对行星科学家非常有价值，直到一个继任者------按紫外线波长------出现。

提示太阳系太空望远镜。

美国宇航局的哈勃太空望远镜于2020年7月4日拍摄了这张土星图像。土星的两个冰 ...  NASA, ESA, A. SIMON (GODDARD SPACE FLIGHT CENTER), M.H. WONG (UNIVERSITY OF CALIFORNIA, BERKELEY), AND THE OPAL TEAM

太阳系太空望远镜有多大？

我们正在谈论的是一个10米望远镜。虽然它的设计与JWST不同，但以某些方式太阳系太空望远镜建立在为韦伯开发的技术之上。除了它能是远更少灵敏的------因为太阳系的天体通常是明亮的------所以它用一个稀疏的光圈设计来取得一个真的尖锐、详细的图像。也不需要一个遮阳板。早柳说，“我们希望它将更便宜这样它能被更快地建造”。

太阳系太空望远镜被建立在卡洛琳荷谢尔（Caroline Herschel）高角分辨率太空组装多孔径（CHARISMA）望远镜的概念之上。

一个太阳系太空望远镜能做什么？

它可以响应快速变化的目标上的事件。

以木星最大的卫星之一欧罗巴为例，它是天体生物学的一个主要目标。早柳说，“哈勃已经看过数次欧罗巴，每次看起来都不一样，但哪里一直有它正在向太空喷水的诱人迹象”。然而，哈勃望远镜的灵敏度几乎不足以返回一个有趣的信号。“如果我们能更频繁的地观察欧罗巴，我们可以看到它多经常它的羽流正在发生，在它们正在地表上发生的位置，并看它们是否与在它表面上有趣的地质特征有关”。

另一个被太空望远镜探索的区域在很大程度上被忽视的是在外太阳系中小而冷的暗天体，韦伯可能会定位它们，但不会有对它们适当表征的时间。科学界已知的一些小天体有从未被研究过的环------不要忘记木星、土星、天王星、海王星的环系统。

一个太阳系太空望远镜还有很多很多其他用途，例如在行星上的极光和天气系统，以及小行星和彗星的研究。

为什么金星是为什么我们需要一个太阳系太空望远镜的完美例子

然后是金星和土星的卫星泰坦。早柳说，“陪审团仍然没有定出金星上是否有活跃的火山活动，因此有更长的时间来瞄准它将帮助我们回答这个问题”。能量怎样焕荣金星移动是重要的是科学家要对地球的天气以及系外行星的大气层做出比较。但韦伯能盯着金星和泰坦看多久，观察它们的云层移动的速度，因此测量它们的风速？

永远不能!

就金星而言，它实际上比纯粹的观测时间更基本许多，因为韦伯永远不能看金星附近任何地方。作为一个一般规则哈勃太空望远镜也不观察金星------它的样子离太阳太近。

杨说，“望远镜向太阳看是一件危险的事，因此你必须建立一种特殊的能力，”建议一个精心设计的光学挡板，将使太阳系太空望远镜能够来观察金星以及太阳30º范围内的任何其他东西。

哈勃太空望遠鏡一直很宏伟，但叫韦伯為它的繼任者是一個錯誤。在我们研究太阳系中正在我们自己的太阳系中发生的能力中将是一个巨大间隙，这只能被发射一架致力于行星科学的太空望远镜解决。

祝你天空晴朗和眼睛宽阔。

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我（Jamie Carter）是一名经验丰富的科学、技术和旅游记者和观星者，撰写有关探索夜空、日食和月食的文章，..

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