未來空間望遠鏡
編譯 | Quest
排版 | 徐徐
哈勃太空望遠鏡在太空中已經使用了28年，記錄了人類曾經拍攝過的宇宙中最美麗，對於科學有著重要意義的圖像。 但讓面對現實，哈勃老了，它可能不會再帶給我們那些令人震撼的數據。
但是NASA的詹姆斯韋伯太空望遠鏡正處於測試的最後階段，WFIRST也正在等待。 現在正在設計的這四套強大的儀器，將成為下一個十年宇宙觀測的一部分，並幫助回答有關宇宙的最基本問題。
詹姆斯韋伯太空望遠鏡在美國宇航局約翰遜航天中心的潔凈室內
Credit：NASA / JSC
詹姆斯韋伯太空望遠鏡還沒有到達太空，而且在經過目前的一輪測試後，仍然會有更多的延遲。 然後是WFIRST，這是一種廣角紅外空間望遠鏡，它實際上是由國家偵察局不需要的老式哈勃望遠鏡組成的。 白宮希望取消它，國會卻要求保存它，現在美國航空航天局正在構建它的一部分。
美國宇航局的寬視場紅外測量望遠鏡（WFIRST）將拍攝同哈勃一樣質量的圖像，覆蓋比哈勃大100倍的天空。 這些巨大的圖像將允許天文學家研究宇宙的演變。 它的Coronagraph儀器將直接對系外行星進行成像並研究其氣氛
Credit：NASA / GSFC
政府的這些調查每十年進行一次，召集地球科學，行星科學和天體物理學委員會。他們討論想法，爭辯，投票並最終就一系列建議達成一致，這些建議將確定未來十年的科學優先事項。
距離最終文件還有幾年的時間，但是下一代太空望遠鏡的計劃階段正在形成，而且它們非常棒。
HabEx
我們要看的第一個任務是HabEx或Habitable Exoplanet成像任務。這是一個將直接拍攝行星繞其他恆星的航天器。它將瞄準各種行星，從熱木星到超級地球，但其主要目標將是拍攝像地球的系外行星並測量其大氣。
可以幫助探測生物圈的光波長
Credit：NASA / JPL
換句話說，HabEx將嘗試探測繞行其他恆星的行星的生命信號。為了完成這項工作，HabEx需要阻擋來自恆星的光線，這樣可以暴露附近很多較暗的行星。 它會有一個，也許有兩種方法可以做到這一點。
首先是使用冠狀圖。 這是一個位於望遠鏡內部的小點，它位於恆星的前方並遮擋其光線。 通過望遠鏡的其餘光線來自星體周圍較暗的物體，並可通過儀器的感測器進行成像。望遠鏡有一個特殊的變形鏡，可以調整，直到昏暗的行星進入視野。
以下是歐洲南方天文台超大望遠鏡使用的冠狀星雲的一個例子。 中央恆星被隱藏起來，揭示了它周圍較暗的灰塵盤。 這是一顆棕色矮星圍繞恆星的直接圖像。
這張紅外圖像顯示了Centaurus南部星座附近的恆星HR 4796A周圍的塵環。 它不僅展示了環形本身的清晰度，而且還展示了SPHERE減輕眩光的力量
Credit：NASA
阻擋光線的第二種方法是使用Starshade。 這是一個完全獨立的太空船，看起來像一個風車。 它飛行數萬公里遠，當它的位置完美時，它會阻擋來自中央恆星的光線，同時允許來自行星的光線在邊緣周圍泄漏。Starshade的訣竅就是那些花瓣，這些花瓣創造出柔和的邊緣，所以來自較弱地球的光波不會彎曲。 這會產生一個非常黑暗的陰影，應該有最好的機會來揭示行星。
starshade的概念圖，巨大的結構旨在阻止星星的眩光，使未來的太空望遠鏡可以拍攝行星的照片
Credit：SA / JPL
與大多數任務不同，這樣的望遠鏡可以用於太空中的任何天文台。因此，哈勃，詹姆斯韋伯或其他天文台可以利用這種儀器。我們總是抱怨我們只能看到行星或徑向速度方法中的一小部分行星，但是通過像HabEx這樣的任務，可以在任何裝置中看到行星的方向。
除了這一主要使命之外，HabEx還將用於各種天體物理學，如觀測早期的宇宙，研究最大恆星發生爆炸前的化學成分。
Lynx
接下來，Lynx將成為美國宇航局的下一代X射線望遠鏡。令人驚訝的是，它不是一個縮寫，它只是以動物命名。在不同的文化中，Lynxes被認為具有超自然的能力來看待事物的本質。
X射線處於電磁譜的較高端，它們被地球大氣所阻擋，所以你需要一個太空望遠鏡才能看到它們。目前，NASA擁有錢德拉X射線天文台，而歐空局正在開展其ATHENA任務，計劃於2028年發射。
天貓座任務概念
Credit：NASA
Lynx將作為詹姆斯韋伯太空望遠鏡的合作夥伴，凝視可觀測宇宙的邊緣，揭示第一代超大質量黑洞，並幫助了解其形成和合併隨著時間的推移。它會看到輻射來自早期宇宙網的熱氣，因為第一批星系正在聚集在一起。
然後它將用於檢查錢德拉，XMM牛頓和其他X射線天文台所關注的物體種類：脈衝星，星系碰撞，超新星，黑洞等等。即使是普通的恆星也能發出X射線耀斑，這些耀斑會告訴我們更多關於它們的信息。如果你想看到宇宙是真的，你想用X射線來看它。
X射線望遠鏡與哈勃等可見光天文台不同。你不能只有一面能夠反射X射線的鏡子。相反，你使用掠射鏡，它可以輕微地重定向撞擊它們的光子，將它們探測到下一個探測器。
錢德拉X射線天文台的藝術插圖。 錢德拉是有史以來最靈敏的X射線望遠鏡
Credit：NASA / CXC / NGST
使用3米的外部反射鏡（漏斗的起始部分），它可提供50倍到100倍的靈敏度，16倍的視野。
起源太空望遠鏡
接下來，起源太空望遠鏡或OST。 像詹姆斯韋伯和斯皮策太空望遠鏡一樣，OST將成為一台紅外望遠鏡，旨在觀測宇宙中一些最酷的物體。 但它會更大。 雖然詹姆斯韋伯有一個6.5米的主鏡子，但OST鏡子將跨越9.1米。
想像一下望遠鏡幾乎與地球上最大的地面望遠鏡一樣大，但是在太空中。
起源太空望遠鏡（OST）的概念圖
Credit：NASA / GSFC
它不會很大，它會很冷。
美國宇航局能夠將斯皮策冷卻到5開爾文，這比絕對零度高5度，並且比宇宙的背景溫度稍微暖和。他們計劃將OST降至4開爾文。這聽起來差不多，但這是一個巨大的工程挑戰。
他們不需要像斯皮策一樣用液氦來冷卻太空船，而是需要分階段地將熱量散發出去，反射器，散熱器以及儀器本身周圍的低溫冷卻器。
憑藉巨大的冷紅外望遠鏡，OST將超越詹姆斯韋伯。它將展望第一顆恆星形成的時代，這是天文學家稱之為黑暗時代的時代。它會看到行星系統的形成，塵埃盤和直接觀察尋找生物印記。
三個令人興奮的使命，將推動我們對宇宙的了解。
LUVOIR
LUVOIR，或大型紫外/光學/紅外測量師。詹姆斯韋伯將成為一個強大的望遠鏡，但它是一種紅外儀器，用於觀察宇宙中較冷的物體，如初期的紅移星系或新形成的行星系統。起源太空望遠鏡將成為詹姆斯韋伯的更好版本。
LUVOIR將成為哈勃太空望遠鏡的真正繼承者。這將是一個巨大的儀器，能夠看到紅外線，可見光和紫外線。
大型紫外/光學/紅外測量（LUVOIR）空間望遠鏡的概念圖
Credit：NASA / GSFC
該望遠鏡有兩種設計。其中一個8米長，可以在Falcon Heavy等重型火箭上發射。另一種設計將使用跨越15米的太空發射系統。這比最大的地球望遠鏡大50％。請記住，哈勃只有2.6米。
它將擁有廣泛的視野和一套過濾器和儀器，天文學家可以用它來觀察他們想要的任何東西。它會配備一個日冕像我們前面談到，直接觀察行星和掩蓋它們的恆星，光譜儀找出哪些化學物質存在於太陽系外行星大氣等。
LUVOIR將成為通用儀器，天文學家將用它來發現天體物理學和行星科學領域的發現。但它的一些功能包括：直接觀測系外行星，尋找生物信號，分類擺在那裡所有不同類型的太陽系外行星，從熱木星到超級地球。
它能夠更好地觀測太陽系內的物體，如果我們在那裡沒有太空船，那麼LUVOIR將是一個非常好的視角。
從哈勃望遠鏡和LUVOIR看到的土衛二
Credit：NASA
它將能夠看到宇宙中的任何地方，看到比哈勃小得多的結構。它會看到第一個星系，第一顆恆星，並幫助測量宇宙中暗物質的濃度。
天文學家仍然不完全了解當恆星聚集足夠的質量爆發時會發生什麼。 LUVOIR將研究恆星形成區域，通過氣體和塵埃，看到恆星形成的最早時刻以及繞行它們的行星。
本月早些時候，美國宇航局宣布，從事這些太空望遠鏡工作的特派團規劃人員需要將其預算限制在三十億至五十億美元之間。到目前為止，規劃人員沒有任何指導方針，他們只是設計可以完成科學研究的工具。工程師一直在制定任務計劃，該計劃很容易跨越50億美元用於HabEx，Lynx和OST，並正在考慮為LUVOIR提供200億美元的更大規模。
儘管國會一直在為NASA推出驚人的大預算，但航天局希望其計劃者保守。因為詹姆斯韋伯已經變得超預算。詹姆斯韋伯本來應該花費三十五億美元，並於2007年到2011年間推出。現在看起來可能在2020年推出，成本已經超過了國會授權的88億美元預算，而且很明顯還有很多未完成的工作。在最近的一次搖晃測試中，工程師發現了震動的望遠鏡的墊圈和螺絲。
這些望遠鏡中的一個，兩個甚至所有望遠鏡最終都會建成。科學家們認為這對於下一步天文學發現來說是最重要的，但是要為預算戰爭，成本超支和延長時間表做好準備。在2035年，按時間和預算將所有四台望遠鏡放在一起，一起發射到太空將成為工程奇蹟。
本文來源：
https://www.universetoday.com/139461/what-comes-after-james-webb-and-wfirst-four-amazing-future-space-telescopes/
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