《科学》:美国天文物理学前途未卜

2011-3-30 09:00 来源: 科学时报
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独自发展还是合作研究

文章认为美天文物理学将在未来10年中被边缘化

广域红外线巡天望远镜示意图

  从暗能量到太阳系外行星的发现,20世纪90年代铭刻着美国天文学家的光荣和辉煌。他们说,借助于最先进的仪器,比如广域红外线巡天望远镜(WFIRST),他们仍然会保持在暗能量等天文物理学研究领域的前沿阵地;但美国政府表示,这些仪器过于昂贵。与此同时,一个被称为“欧几里德”的欧洲版暗能量探索计划正在制定之中。天文学家担心:美国是否正在放弃它在天文物理学研究领域的领导地位。

  WFIRST根据美国宇航局(NASA)和能源部(DOE)建议的暗能量联合任务而制定。经过10年的调查和辩论,2010年8月,美国国家研究委员会将WFIRST列为美国未来10年天文学发展的最优先计划。该委员会认为,耗资16亿美元的WFIRST是提升黑洞研究和寻找太阳系外行星的最佳途径,NASA应该在2020年前让这架望远镜升空。但是,最近出版的《科学》杂志发表文章指出,实现这一目标的希望日渐渺茫。

  用太空望远镜探索宇宙

  太空望远镜的概念最初出现在20世纪40年代,因为地球大气层对许多波段的天文观测有影响,天文学家们设想将望远镜放置到太空,但直到20世纪90年代哈勃望远镜正式升空发射,人类才开始对宇宙深空的探索。

  哈勃空间望远镜以天文学家爱德温·哈勃的名字命名,1990年4月24日,由航天飞机发送至地球大气层之上的太空轨道,用于从紫外到近红外的宇宙目标探测。在服役20多年后,NASA决定让哈勃望远镜于2013年退休,并计划于2014年发射新一代空间望远镜接替哈勃的天文观察任务,该望远镜以NASA第二任局长詹姆斯·韦伯的名字命名,目标是寻找宇宙有史以来第一代恒星和星系;WFIRST则是美国暗能量探索计划之一,旨在寻找并精确测量暗能量、寻找太阳系外行星。

  暗能量是最近10年的最新发现,它是一种使宇宙膨胀加速的物质,普通常识或宇宙重力都不能局限它,物理学家们对暗能量现象有一种现成的解释,但并不令人满意,为此,需要对暗能量进行测量。1999年,美国加州大学伯克利分校的天文学家索尔·珀尔玛特第一个提出了暗能量测量计划,2003年,白宫要求DOE与NASA就暗能量测量项目进行合作,但合作并不顺利,之后,暗能量探测任务转到国家科学院,国家研究委员会将暗能量探测任务综合为WFIRST计划。

  然而,2010年11月,NASA宣布:詹姆斯·韦伯望远镜将推迟发射。詹姆斯·韦伯望远镜的最初费用估计为65亿美元,发射期是2017年,现在这两个数字分别变成80亿美元和2020年。这意味着WFIRST也不得不因此推迟发射期,美国的暗能量研究受到影响。

  与此同时,欧洲版暗能量任务“欧几里德”计划于2018年升空。“欧几里德”将耗资约10亿美元,是欧洲空间局提出的三大方案之一。该局将于今年秋天最后决定是否对其投资。

  独立还是合作

  2010年2月,欧洲人向美国NASA提议,让NASA拥有20%的“欧几里德”股权,并在科学家工作小组中占有两个席位。2010年12月,NASA向有意加入“欧几里德”的美国天文学家征求科学研究提案,但该计划遭到部分天文学家的反对,他们认为,如果现在投资“欧几里德”计划会分散资源,美国未来还能有自己的暗能量计划吗?2011年3月,NASA宣布:拒绝在欧洲暗能量任务中占20%份额的支持性计划。

  鉴于詹姆斯·韦伯望远镜的麻烦,美国科学院委员会选择从事暗能量探测的WFIRST作为优先事项。今年1月,委员会认为,与欧洲空间局建立20%的伙伴关系不明智,委员会表示,如果在未来10年中WFIRST得不到资助或在任何合作项目中不能起领导作用,那么它希望NASA投资委员会用10年调查所建议的其他项目。

  《科学》杂志的文章认为,这一系列的变化显示,美国天文物理学将在未来10年中被边缘化。

  在巴拉克·奥巴马总统2012年的预算提案中,NASA有400万美元用于WFIRST的概念发展。但有关官员指出,对WFIRST的任何承诺都必须等到NASA在今年夏天完成了对詹姆斯·韦伯望远镜的内部评估之后。

  罗杰·布兰福德是斯坦福大学的天文学家,他领导了国家科学研究委员会的一项为期10年的研究。他表示,如果NASA不能在最近10年内资助WFIRST,自己将为整个学术界痛苦地感到失望,因为大家作了如此之多的艰苦努力,才选择出这样一个可执行的项目;政府的决策预示了美国科学领袖的糟糕未来,挫伤了愿意从事暗能量和太阳系外行星探测的杰出青年人的士气。WFIRST是否会输给欧洲暗能量计划,美国是否将屈居第二,布兰福德和其他天文学家感到担心。

  尽管美国和欧洲的这两个空间望远镜都用于暗能量研究,但它们各有不同。WFIRST是一个直径为1.5米的红外望远镜,它主要探测三个方面:弱引力透镜效应、重子声学振动和超新星。“欧几里德”望远镜的直径只有1.2米,主要集中在弱引力透镜效应和重子声学振动研究。

  詹森·罗兹是美国喷气推进实验室的天文学家,他作为“欧几里德”计划国际联盟成员帮助设计了这个项目,他说:“如果能影响‘欧几里德’的设计和执行,这将是一个足够大的股份。”

  詹姆斯·格林是科罗拉多大学的天体物理学家、WFIRST科学定义小组的共同主席,他解释说,部分天文学家反对与“欧几里德”合作是出于这样的担心,即将天体物理学的领导权让给欧洲是一个灾难性下降的开始,正如美国放弃粒子物理学的领导权一样。他问道:“问题是,美国经得起一无所有吗?”

  但格林相信,合作并非完全不可能。如果在今年10月份,欧洲空间局选择不资助“欧几里德”,那么他和其他人推测,欧洲的项目缔造者们将会欢迎NASA以50%的份额入股合作。

  《科学》的文章认为,也许现在谈论WFIRST的命运或是否与“欧几里德”合作为时过早,只有在NASA完成詹姆斯·韦伯望远镜的新计划和欧洲空间局决定是否资助“欧几里德”之后,才可看见美国未来10年的天文学之路。