天文学的未来是光明的而且非常昂贵

(2024-05-27 09:37:49)

标签：

it

杂谈

天文学的未来是光明的而且非常昂贵

By Chris Impey

published 4 minutes ago

The Universe

天文学有一个光明的未来。

(Image credit: ELT: ESO / Imagen ALMA: Clem & Adri Bacri-Normier (wingsforscience.com) / Montaje: David Fernández - ALMA (ESO/NAOJ/NRAO))

天文学有一个光明的未来。

宇宙正在被用最新一代的大型光学望远镜以精致的细节揭示，回去到达大爆炸附近。有一个暗物质和暗能量的奥秘将被解开的希望。数以千计的系外行星已经被发现，天文学家可能正在接近首次探测到地球以外的生命。

然而，探究进宇宙前沿的观测涉及极其微弱的目标，天文学家总是渴望更多的光。为保持更远窥视进宇宙的未知范围，地面和轨道上的下一代巨型望远镜每个将耗资数十亿美元。这种价格标签正在导致科学愿望与财政现实之间的一个冲突。

大玻璃镜子的成本

对直到1980年为止大部分天文学历史，有一个与镜子直径大致成比例的望远镜成本，其中成本等于望远镜的直径乘以2.8次幂。这意味着如果尺寸增加一倍，成本就会增加七倍，如果尺寸三倍，成本就会增加二十二倍。许多人怀疑一个比帕洛玛 5 米更大的望远镜从来会会被建造。

然而，在过去的四十年中，望远镜以更浅速率成本随着尺寸增加，打破了以前的成本曲线。导致这种变化的创新是更薄、更轻的镜子，从一个小镜子的马赛克制作一个大收集区域的做法，用快速光学器件来使更紧凑的望远镜设计成为可能以及缩小望远镜外壳的尺寸。由于这些创新，在1993年至2006年间建造了16台直径在6米至12米之间的望远镜。

对巨型望远镜的追求

下一代极端大型望远镜将有哈勃太空望远镜的聚光能力的100倍，图像质量是哈勃太空望远镜的10倍。然而，它们正在遇到严重的资金问题。有两个由美国领导的与国际合作伙伴合作的项目。三十米望远镜（TMT）项目用一个有 492 个镜段的设计。它面临夏威夷原住民反对在莫纳克亚山上建造另一架大型望远镜的阻力，他们认为莫纳克亚山是一个圣地。另一个项目巨型麦哲伦望远镜（GMT），正在组合七个8.4米的镜子来制造一个有效的25米孔径。

三十米望远镜项目随它在夏威夷开始建设的一种方式谈判中停滞。巨型麦哲伦望远镜和在智利正在建造的另一台大型望远镜鲁宾天文台（Rubin Observatory）正面临着不断上升的成本。大流行、通货膨胀和供应链问题要被责备。三十米望远镜和巨型麦哲伦望远镜分别将耗资约30亿美元。两者都有慈善支持，但他们也依赖联邦资金。有一段时间，美国国家科学基金会（NSF）支持这两个项目。但最近美国国家科学委员会为联邦对大型望远镜的支持设定了一个16亿美元的上限，并赋予美国国家科学基金会直到5月为止决定支持哪个项目。一架大型望远镜将被冷落。

与此同时，欧洲人坐得很漂亮。极端大望远镜（ELT）是第三台巨型望远镜，目前正在智利建造中。极端大望远镜没有面临财务障碍，因为它被欧洲南方天文台建造，该天文台由一个政府间条约资助。极端大望远镜的直径为39米，是三个望远镜中最大的一个，它将首先在2028年完工。

吃天文学的望远镜

太空望远镜每公斤的成本比地面望远镜更贵一千倍，但它们值得它们的高价。这些望远镜受益于一个太空环境的完全黑暗，这些望远镜能观测的多种形式的辐射如伽马射线、紫外线和红外辐射不能穿透地球大气层来到达地面望远镜。

哈勃太空望远镜就是这样一种仪器，自1977年美国国会批准它的使命以来总成本已达160亿美元。另一个是美国宇航局的詹姆斯韦伯望远镜，面临延误和技术挑战，它的预算膨胀至50亿美元。它的价格标签帮助它赢得了“吃掉天文学的望远镜”的绰号——那是在2010 年。到2021 年它的发射时价格标签翻了一番达到100 亿美元。

美国宇航局有其他令人兴奋的使命正在筹备中。罗曼太空望远镜有一个高2.4米的镜子，但视野是哈勃望远镜的100倍，可能耗资超过30亿美元，而宜居世界天文台（Habitable Worlds Observatory）被设计来“嗅探”地球一样行星的大气层以寻找生物痕迹将耗资约110亿美元。