【分享】新“眼”，新宇宙

为了回答这些问题，不同的望远镜会协同合作。具有红外探测能力的詹姆斯·韦布空间望远镜和工作在射电波段上一平方千米天线阵将“并肩作战”来探测宇宙中第一代恒星和星系所发出的“第一屡光”。同时一平方千米天线阵还将会和大口径全天巡视望远镜以及欧洲特大望远镜一起用来探测宇宙的大尺度结构，以此来研究暗物质和暗能量在宇宙中所发挥的作用。这些地面上的庞然大物还会和太空中的韦布空间望远镜互相策应来详尽地探测和研究那些围绕其他恒星转动的行星。

　　但是千万不要以为这就是全部，这场四重奏展现的仅仅是起始乐章。阿塔卡玛毫米波大天线阵（ALMA）在不久的将来就会在它特定的波段上引发一场天文革命。覆盖电磁波谱其他波段甚至是力主于引力波和中微子的望远镜计划也都在跃跃欲试，而建造它们本身就是一项艰巨的挑战。然而不管是什么样的望远镜，人们的初衷却都是相同的，那就是去探索和发现宇宙中人类前所未见的事物，去经历伽里略第一次看到月亮上的环形山和太阳表面黑子时的那一份怦然心动。

詹姆斯·韦布空间望远镜

• 接收面积：33平方米
• 投入使用：2013年
• 建造成本：45亿美元
• 独家卖点：最佳的红外观测能力

　　作为哈勃空间望远镜的接班人，詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）将扛起下一代空间望远镜的大旗。不过哈勃空间望远镜主要观测的是可见光和紫外波段，而JWST的优势则在红外波段。这意味着它可以看到哈勃无法看到东西，并且一窥宇宙刚刚诞生的高红移时期，例如第一代恒星。

　　甚至在哈勃空间望远镜发射前一年的1989年，美国空间望远镜研究所的天文学家就开始筹划下一代空间望远镜了。按照计划它将在2013年发射。尽管JWST的设计和成本在过去的20年里一变再变，但是它的主要目标却始终如一——研究宇宙历史中尚未向人类充分展现的一面。为此，JWST将采用一系列的尖端技术，例如由铍制成的超轻型光学系统、超灵敏红外探测器以及一个能让中红外探测器长期维持在7开的制冷机。

不过真正令人惊艳的新技术还是这架望远镜的主镜。JWST的设计者所希望的反射镜太大，目前现有的任何火箭都没有办法把它发射上天。因此他们“化整为零”，先将镜面收起来待发射入轨之后再将直径6.5米的镜面打开。而JWST的轨道距离地球达150万千米，这使得它具有比哈勃空间望远镜更大的可视天区，并且也能使得它自身可以保持更低的温度。不过与哈勃空间望远镜不同的是，一旦JWST出了任何问题，如此遥远的距离使得想去维修的宇航员也只能望洋兴叹。所以JWST必须一开始就在每个细节上都表现完美才行。

　　诺贝尔奖得主、JWST资深项目科学家约翰·马瑟（John Mather）说，目前JWST的设计寿命是至少5年，当然它也许能工作得更长时间。到时候它会携带10年的燃料，而制冷机的存在也使得它不会像先前的空间红外望远镜那样工作寿命受到制冷剂供应的制约。“如果我们够聪明，而且运气也足够好的话，我们希望能进一步地节约燃料使它工作更长的时间，”马瑟说，“但是我们并不能保证这一点。”不过JWST的团队能保证的是JWST所能给我们带来的新发现。“我们目前还不知道黑洞和星系哪个先形成，我们也不知道在几乎每个大质量星系中央的黑洞周围究竟发生了些什么。如果早期宇宙能给我们带来惊喜的话，我猜想应该就在这些地方。”

　　美国空间望远镜研究所所长马特·芒廷（Matt Mountain）说，然而JWST并不会只专注于遥远的宇宙，它还会仔细地观察我们邻近的宇宙，例如形成中的其他行星系统、并合中的恒星以及被尘埃星云包裹住的星团。

　　但是真正让JWST与众不同的还是它探测早期宇宙的能力。“JWST的灵敏度如此之高，”芒廷说，“以致于你能获得哈勃望远镜将将能看到的最遥远天体的光谱。”

深空动态画面

大口径全天巡视望远镜

• 接收面积：35平方米
• 投入使用：2015年
• 建造成本：3.9亿美元
• 独家卖点：全天、实时

　　有时候望远镜能看到一个天体的两个像，这并不是望远镜光学系统出了问题，而是宇宙本身使然。这一被称为引力透镜的现象会使得一些星系在地球上的观测者眼中出现好几个像。通过把巡天获得的图像综合到一起并且测量引力透镜所成像的个数，大口径全天巡视望远镜（LSST）的设计者希望能在每平方度的天空中能找到10,000个引力透镜现象。他们还希望能开启一个在天文学中被忽略的维度，那就是“时间”。通过把同一天区的图像不断的累积起来就能揭示出新的内涵，通过比较不同时间照片的差异可以用来发现超新星、小行星以及处于太阳系边缘的柯伊伯带天体。这架望远镜的支持者将其称为“天空电影”。

　LSST每晚可以获得达万亿字节的观测数据，每个星期可以把其位于智利的可观测天区扫视一遍。这就需要这架主镜8.4米的望远镜具有10平方度的视场。这个大小相当于满月的49倍，大型双子望远镜视场的300倍。大型双子望远镜的口径和LSST差不多，不过被“调教”成了一架只专注于天空中一小点的望远镜。10年之后，LSST可以将其视场中的每个天体观测大约1,000次。大规模的计算将被用来对海量的数据进行相关、比较和编撰成表，然后在互联网上发布。从学生、天文爱好者到职业天文学家，都可以通过网络来参与到LSST的发现之旅中去。

　　对引力透镜的研究可以揭示出宇宙的结构，这其中包括暗物质的分布和暗能量对宇宙演化的作用。与此同时，LSST还将承担重要的“巡逻”任务，寻找对地球具有潜在威胁的近地小行星。天文学家已经知道了具有物种灭绝性的小行星的所在之处，而LSST将成为寻找那些个头稍小但数量众多的能摧毁一个城市的小行星的利器。但是，由于具有比以往高出1,000倍的探测暂现现象的灵敏度，因此LSST的视野不会仅仅局限在太阳系，它还会搜寻发生在宇宙深处诸如中子星碰撞之类的新灾变现象。

　　LSST的团队拥有超过100人的科学家和20多个主要位于美国的实验室、大学和研究所。尽管LSST目前仍然处于设计阶段，但它的主镜已经铸造成型。天文学家们希望望远镜能从2011年开始建造，2015年投入使用。在随后的10年巡天里，LSST将会观测宇宙中每一个已知、未知和有待发现的天体。这是第一次人类能观测、编撰成表的天体数目超过地球上的人口数量。

超天巨镜

欧洲特大望远镜

• 接收面积：1,385平方米
• 投入使用：201?年
• 建造成本：14亿美元
• 独家卖点：顾名思义

　　无疑空间望远镜具有很多优势：它们可以观测被地球大气阻断的电磁波段，而且还没有大气湍动的干扰。但是它们也致命的弱点：口径。无论是天文爱好者手中的还是安置在高山顶上的，望远镜的口径越大，能收集到的光子就越多。设计直径42米的欧洲特大望远镜（E-ELT）可以提取出隐藏在空间望远镜所获得的最佳图像深处的细节，还可以探测其他恒星周围暗弱的行星。E-ELT的支持者认为，这架望远镜可以让轨道上所有的光学和近红外观测卫星通通“失业”，除非你能在地球轨道或者月球上也建造这样一架特大型望远镜，否则E-ELT将无“镜”能敌。

目前E-ELT正处于欧洲南方天文台（ESO）为期3.5年、耗资0.572亿欧元（0.725亿美元）的设计研究阶段之中。预计在2010中期开始动工兴建。E-ELT并不是唯一的巨型望远镜计划。由包括北美的大学在内的、公-私合作下的三十米望远镜也正在设计建造之中，还有就是美国和澳大利亚几个大学以及研究机构合作的巨麦哲伦望远镜。但E-ELT是其中最大的，9.50亿欧元的预算也是最高的。

　　事实上，目前的E-ELT是原先商议中的超巨型100米望远镜的“缩小”版，其42米的直径相对更为务实。即便如此，只要可以修正镜面形状和改正大气湍流的主动光学和自适应光学系统能发挥作用的话，E-ELT的设计者预期E-ELT所能达到的空间分辨率将会是哈勃空间望远镜的18倍。现今最大的光学望远镜是位于夏威夷莫纳克亚的两架10米凯克望远镜，而E-ELT的集光面积就是它们两个加一起的9倍。

　　在考虑做大的时候，E-ELT的设计者拥有他们的美国同行所不具有的优势，那就是稳定的年度预算。ESO的管理层希望建造E-ELT的预算不会超支，因此他们也不必向成员国或者其他机构寻求财政支持与合作。不过E-ELT也仍然存在一定的变数：望远镜的光学设计还没有最后敲定，望远镜的位置也没有最后确定。加纳利群岛、摩洛哥、阿根廷以及智利的两处地点都在考虑之中。

　　对于E-ELT首席科学家罗伯托·吉尔莫奇（Roberto Gilmozzi）来说这些都是“背景噪音”，他更专注于E-ELT潜在的发现。“E-ELT的重要目标之一就是通过间接——测量由于行星造成的恒星视向速度变化——和直接成像的办法来寻找围绕其他恒星公转的行星，”他说，“我们还将获得行星大气的光谱，这将为寻找地外生命的提供更多的有用信息。”同时，E-ELT还将以前所未有的精度研究围绕年轻恒星的原行星系统。

　　“E-ELT的灵敏度之于现在望远镜就像伽里略的望远镜之于人的肉眼，”吉尔莫奇说，“而且它还将在各个尺度上影响天文学。”现在看上去模模糊糊的星系在E-ELT的眼中将分解成恒星，并且在最大的尺度上E-ELT将进行一个其他任何望远镜都做不到的“物理实验”。通过比较在数年间测量到的极遥远天体的超高精度速度资料，E-ELT将第一次直接测量到宇宙膨胀的速度。

寻找行星的其他办法

　　2006年发射的“科罗”外星行星探测器已经花了两年的时间来探测由行星遮挡所造成的恒星亮度变化。今年年底美国宇航局的“开普勒”探测器将加入“科罗”的行列，而欧洲的“柏拉图”探测器也会在下个十年的中期上天。所有这些探测器的目的都是要发现地球大小或者更小的行星，尤其是那些位于“宜居带”中表面可以有液态水存在的类地行星。E-ELT可以通过对行星的大气进行光谱观测进而来确认这些探测器的新发现。综合空间探测器的探测和地面上诸如E-ELT等新一代望远镜的研究，天文学家们将会对行星系统有更全面的认识，其中一些会和太阳系较为相似，另一些则会大相径庭。