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哈勃太空望遠(yuǎn)鏡在太空中已經(jīng)使用了28年，記錄了人類曾經(jīng)拍攝過的宇宙中最美麗，對于科學(xué)有著重要意義的圖像。 但讓面對現(xiàn)實(shí)，哈勃老了，它可能不會再帶給我們那些令人震撼的數(shù)據(jù)。

但是NASA的詹姆斯韋伯太空望遠(yuǎn)鏡正處于測試的最后階段，WFIRST也正在等待。 現(xiàn)在正在設(shè)計(jì)的這四套強(qiáng)大的儀器，將成為下一個(gè)十年宇宙觀測的一部分，并幫助回答有關(guān)宇宙的最基本問題。

詹姆斯韋伯太空望遠(yuǎn)鏡在美國宇航局約翰遜航天中心的潔凈室內(nèi)

Credit：NASA / JSC

詹姆斯韋伯太空望遠(yuǎn)鏡還沒有到達(dá)太空，而且在經(jīng)過目前的一輪測試后，仍然會有更多的延遲。 然后是WFIRST，這是一種廣角紅外空間望遠(yuǎn)鏡，它實(shí)際上是由國家偵察局不需要的老式哈勃望遠(yuǎn)鏡組成的。 白宮希望取消它，國會卻要求保存它，現(xiàn)在美國航空航天局正在構(gòu)建它的一部分。

美國宇航局的寬視場紅外測量望遠(yuǎn)鏡（WFIRST）將拍攝同哈勃一樣質(zhì)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(xué)家研究宇宙的演變。 它的Coronagraph儀器將直接對系外行星進(jìn)行成像并研究其氣氛

Credit：NASA / GSFC 

政府的這些調(diào)查每十年進(jìn)行一次，召集地球科學(xué)，行星科學(xué)和天體物理學(xué)委員會。他們討論想法，爭辯，投票并最終就一系列建議達(dá)成一致，這些建議將確定未來十年的科學(xué)優(yōu)先事項(xiàng)。

距離最終文件還有幾年的時(shí)間，但是下一代太空望遠(yuǎn)鏡的計(jì)劃階段正在形成，而且它們非常棒。

HabEx

我們要看的第一個(gè)任務(wù)是HabEx或Habitable Exoplanet成像任務(wù)。這是一個(gè)將直接拍攝行星繞其他恒星的航天器。它將瞄準(zhǔn)各種行星，從熱木星到超級地球，但其主要目標(biāo)將是拍攝像地球的系外行星并測量其大氣。

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恒星的行星的生命信號。為了完成這項(xiàng)工作，HabEx需要阻擋來自恒星的光線，這樣可以暴露附近很多較暗的行星。 它會有一個(gè)，也許有兩種方法可以做到這一點(diǎn)。

首先是使用冠狀圖。 這是一個(gè)位于望遠(yuǎn)鏡內(nèi)部的小點(diǎn)，它位于恒星的前方并遮擋其光線。 通過望遠(yuǎn)鏡的其余光線來自星體周圍較暗的物體，并可通過儀器的傳感器進(jìn)行成像。望遠(yuǎn)鏡有一個(gè)特殊的變形鏡，可以調(diào)整，直到昏暗的行星進(jìn)入視野。

以下是歐洲南方天文臺超大望遠(yuǎn)鏡使用的冠狀星云的一個(gè)例子。 中央恒星被隱藏起來，揭示了它周圍較暗的灰塵盤。 這是一顆棕色矮星圍繞恒星的直接圖像。

這張紅外圖像顯示了Centaurus南部星座附近的恒星HR 4796A周圍的塵環(huán)。 它不僅展示了環(huán)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(gè)完全獨(dú)立的太空船，看起來像一個(gè)風(fēng)車。 它飛行數(shù)萬公里遠(yuǎn)，當(dāng)它的位置完美時(shí)，它會阻擋來自中央恒星的光線，同時(shí)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(chuàng)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(chǎn)生一個(gè)非常黑暗的陰影，應(yīng)該有最好的機(jī)會來揭示行星。

starshade的概念圖，巨大的結(jié)構(gòu)旨在阻止星星的眩光，使未來的太空望遠(yuǎn)鏡可以拍攝行星的照片

Credit：SA / JPL

與大多數(shù)任務(wù)不同，這樣的望遠(yuǎn)鏡可以用于太空中的任何天文臺。因此，哈勃，詹姆斯韋伯或其他天文臺可以利用這種儀器。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(wù)，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還將用于各種天體物理學(xué)，如觀測早期的宇宙，研究最大恒星發(fā)生爆炸前的化學(xué)成分。

Lynx

接下來，Lynx將成為美國宇航局的下一代X射線望遠(yuǎn)鏡。令人驚訝的是，它不是一個(gè)縮寫，它只是以動物命名。在不同的文化中，Lynxes被認(rèn)為具有超自然的能力來看待事物的本質(zhì)。

X射線處于電磁譜的較高端，它們被地球大氣所阻擋，所以你需要一個(gè)太空望遠(yuǎn)鏡才能看到它們。目前，NASA擁有錢德拉X射線天文臺，而歐空局正在開展其ATHENA任務(wù)，計(jì)劃于2028年發(fā)射。

天貓座任務(wù)概念

Credit：NASA

Lynx將作為詹姆斯韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的合作伙伴，凝視可觀測宇宙的邊緣，揭示第一代超大質(zhì)量黑洞，并幫助了解其形成和合并隨著時(shí)間的推移。它會看到輻射來自早期宇宙網(wǎng)的熱氣，因?yàn)榈谝慌窍嫡诰奂谝黄稹?/p>

然后它將用于檢查錢德拉，XMM牛頓和其他X射線天文臺所關(guān)注的物體種類：脈沖星，星系碰撞，超新星，黑洞等等。即使是普通的恒星也能發(fā)出X射線耀斑，這些耀斑會告訴我們更多關(guān)于它們的信息。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(yuǎn)鏡與哈勃等可見光天文臺不同。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(gè)探測器。

錢德拉X射線天文臺的藝術(shù)插圖。 錢德拉是有史以來最靈敏的X射線望遠(yuǎn)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(yuǎn)鏡

接下來，起源太空望遠(yuǎn)鏡或OST。 像詹姆斯韋伯和斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡一樣，OST將成為一臺紅外望遠(yuǎn)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(gè)6.5米的主鏡子，但OST鏡子將跨越9.1米。

想象一下望遠(yuǎn)鏡幾乎與地球上最大的地面望遠(yuǎn)鏡一樣大，但是在太空中。 

起源太空望遠(yuǎn)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?qū)⑺蛊げ呃鋮s到5開爾文，這比絕對零度高5度，并且比宇宙的背景溫度稍微暖和。他們計(jì)劃將OST降至4開爾文。這聽起來差不多，但這是一個(gè)巨大的工程挑戰(zhàn)。

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(fā)出去，反射器，散熱器以及儀器本身周圍的低溫冷卻器。

憑借巨大的冷紅外望遠(yuǎn)鏡，OST將超越詹姆斯韋伯。它將展望第一顆恒星形成的時(shí)代，這是天文學(xué)家稱之為黑暗時(shí)代的時(shí)代。它會看到行星系統(tǒng)的形成，塵埃盤和直接觀察尋找生物印記。

三個(gè)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(xué)/紅外測量師。詹姆斯韋伯將成為一個(gè)強(qiáng)大的望遠(yuǎn)鏡，但它是一種紅外儀器，用于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(tǒng)。起源太空望遠(yuǎn)鏡將成為詹姆斯韋伯的更好版本。

LUVOIR將成為哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的真正繼承者。這將是一個(gè)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(xué)/紅外測量（LUVOIR）空間望遠(yuǎn)鏡的概念圖

Credit：NASA / GSFC

該望遠(yuǎn)鏡有兩種設(shè)計(jì)。其中一個(gè)8米長，可以在Falcon Heavy等重型火箭上發(fā)射。另一種設(shè)計(jì)將使用跨越15米的太空發(fā)射系統(tǒng)。這比最大的地球望遠(yuǎn)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(xué)家可以用它來觀察他們想要的任何東西。它會配備一個(gè)日冕像我們前面談到，直接觀察行星和掩蓋它們的恒星，光譜儀找出哪些化學(xué)物質(zhì)存在于太陽系外行星大氣等。

LUVOIR將成為通用儀器，天文學(xué)家將用它來發(fā)現(xiàn)天體物理學(xué)和行星科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)現(xiàn)。但它的一些功能包括：直接觀測系外行星，尋找生物信號，分類擺在那里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(nèi)的物體，如果我們在那里沒有太空船，那么LUVOIR將是一個(gè)非常好的視角。

從哈勃望遠(yuǎn)鏡和LUVOIR看到的土衛(wèi)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(jié)構(gòu)。它會看到第一個(gè)星系，第一顆恒星，并幫助測量宇宙中暗物質(zhì)的濃度。

天文學(xué)家仍然不完全了解當(dāng)恒星聚集足夠的質(zhì)量爆發(fā)時(shí)會發(fā)生什么。 LUVOIR將研究恒星形成區(qū)域，通過氣體和塵埃，看到恒星形成的最早時(shí)刻以及繞行它們的行星。

本月早些時(shí)候，美國宇航局宣布，從事這些太空望遠(yuǎn)鏡工作的特派團(tuán)規(guī)劃人員需要將其預(yù)算限制在三十億至五十億美元之間。到目前為止，規(guī)劃人員沒有任何指導(dǎo)方針，他們只是設(shè)計(jì)可以完成科學(xué)研究的工具。工程師一直在制定任務(wù)計(jì)劃，該計(jì)劃很容易跨越50億美元用于HabEx，Lynx和OST，并正在考慮為LUVOIR提供200億美元的更大規(guī)模。

盡管國會一直在為NASA推出驚人的大預(yù)算，但航天局希望其計(jì)劃者保守。因?yàn)檎材匪鬼f伯已經(jīng)變得超預(yù)算。詹姆斯韋伯本來應(yīng)該花費(fèi)三十五億美元，并于2007年到2011年間推出?，F(xiàn)在看起來可能在2020年推出，成本已經(jīng)超過了國會授權(quán)的88億美元預(yù)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(fā)現(xiàn)了震動的望遠(yuǎn)鏡的墊圈和螺絲。

這些望遠(yuǎn)鏡中的一個(gè)，兩個(gè)甚至所有望遠(yuǎn)鏡最終都會建成?？茖W(xué)家們認(rèn)為這對于下一步天文學(xué)發(fā)現(xiàn)來說是最重要的，但是要為預(yù)算戰(zhàn)爭，成本超支和延長時(shí)間表做好準(zhǔn)備。 在2035年，按時(shí)間和預(yù)算將所有四臺望遠(yuǎn)鏡放在一起，一起發(fā)射到太空將成為工程奇跡。

本文來源：

https://www./139461/what-comes-after-james-webb-and-wfirst-four-amazing-future-space-telescopes/

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