哈勃望远镜最佳替代者或是中国“巡天”望远镜

2021-03-15 10:00:48来源： DeepTech深科技

“31 岁的哈勃一直独立运行，之前靠航天飞机可以维修，现在航天飞机不运行了，所以哈勃维修的可能性很小。在中国空间站建立之后，巡天空间望远镜也将进行发射。”谈及哈勃最近的维修事宜，全国空间探索技术首席科学传播专家庞之浩告诉 DeepTech。

最近，NASA 官方宣布，哈勃太空望远镜“由于机载软件错误”再次进入安全模式。虽然哈勃的科学系统没有受到任何影响，但所有科学操作都已暂停，地面工作人员正在努力解决问题。而具体是何故障、是何原因，以及是否正在采取何种维修措施，NASA 没有公布任何细节。

图 | 哈勃官网 Twitter 发表的说明(来源：Twitter)

或许根本不用担心，像哈勃这样的航天器，一旦出现异常就会进入安全模式。在安全模式下，哈勃会停止瞄准目标和收集数据，只剩下太阳能电池板保持输电，这样有助于简化故障排除过程，并且不干扰运转。

据悉，哈勃最近一次进入安全模式是在 2018 年，当时哈勃使用陀螺仪在轨道上保持正确方位时，有两个陀螺仪出现了问题。三周之后，哈勃重新运行，且没有出现任何遗留问题。因此，这次新出现的故障应该是可以修复的。

但 NASA 的声明确实再一次提醒我们，哈勃已经老了!哈勃已经服役 30 年，超出了所有人的预期，因此它将逐渐退休。那么，哈勃到底还能维持多久?当哈勃最终停止使用时，会发生什么?

哈勃到底还能“活多久”?

上次维修哈勃老化硬件是在 2009 年，当时工程师们估计，硬件能持续使用到 2016 年左右。巴尔的摩太空望远镜科学研究所哈勃太空望远镜任务办公室主任汤姆?布朗说：“经过几年的飞行和翻修，工程师们重新评估了仪器的可用性和可靠性，并着手延长所有仪器的寿命。最近的预计是，我们估计很有可能在 2026 年之前退役，甚至可能还有十年才会退役，因此我们依然能用哈勃来做科学研究。”

据悉，哈勃已经用于几乎所有类型的天文学调查，如研究太阳系的行星和卫星，观察遥远的恒星、星系、超新星、星云和其他天体物理现象，以及研究宇宙的起源和膨胀等。

最近十年，哈勃在系外行星科学方面的贡献尤其令人惊讶。毕竟，美国于 1990 年发射了哈勃，五年后才探测到第一颗围绕类太阳恒星运行的系外行星。哈勃的作用并不在于发现系外行星，而是在于后续观测。这些观测可以在发现行星后确定行星特征及其大气层。

另据悉，詹姆斯?韦伯太空望远镜(下文简称 JWST)将在 2021 年晚些时候发射，届时哈勃会和它互相合作，这或许能帮助科学家发现真正适合生命生存的类地球世界。

JWST 经常被宣传为哈勃的继任者，但这一说法并不完全准确。哈勃可以用可见光和紫外波长观测宇宙，而 JWST 的重点是红外线观测，这有助于研究早期宇宙天体，确定其它世界的化学特征。

事实上，地球大气臭氧层阻挡了大部分紫外线辐射，对紫外线观测尤其不利，而由于身处太空，哈勃不必受地球大气层的干扰。

2017 年，哈勃探测到两颗中子星碰撞产生的引力波为例，这给研究人员提供了红外光谱之外的数据，这些数据可清晰显示这两颗中子星相撞的形状和演化过程。

目前，哈勃有四个主要的科学仪器。所以即使有一两个仪器停止工作，哈勃其他仪器仍能完成大量的主要科学工作，此外哈勃也含有多个重复硬件及软件，因此单是硬件或软件故障未必会导致个别仪器停止工作。

话虽如此，但还没有新服务任务的计划。如果一个故障产生严重后果，导致哈勃完全停止使用，NASA 不大可能会为已经有 30 多年历史的哈勃启动维修任务。

哈勃望远镜的继承者，可能是 NASA 提出的大型紫外光学红外测量器太空望远镜，又称 LUVOIR，它能观测多种波长包括红外、光学和紫外等。但即便资金充足，LUVOIR 最早也要到 2039 年才会发射。

概括来说，哈勃可能会运行到有望远镜来取代它的那一天，但当它最终停止工作时，可能会出现巨大知识缺口，目前大多数天文学家都在为此做准备。布朗说：“哈勃确实是紫外线和光学天文学的首要助手。天文学很大程度上依赖于哈勃提供的信息，特别在了解外太空的温度和化学方面。我真的担心，当哈勃停止工作时，太空界会受影响。”

那么，当哈勃最终准备退休时，是什么来取代哈勃呢?布朗说，其他国家已经开始计划在轨道上执行其他任务，可以承担目前由哈勃进行的可见光和紫外探测任务。

印度的 Astrosat 太空望远镜目前在太空进行紫外线观测，但镜头口径要小得多。此外，中国计划将在近两年发射巡天望远镜。

当问及巡天代替哈勃将给中国带来哪些好处，庞之浩表示：“巡天有两个优势，一个是可以跟中国航天站共轨运行，可以实现对接;另一个是可以在轨升级，这两点可保证巡天的使用寿命。巡天视角是哈勃的 300 多倍，好像装上了广角镜一样，可探测更广阔的天区，且能在早期天体探测方面发挥更大作用。在未来十多年里，巡天将获得更多宇宙探测成果，对中国、对人类来说都是一件好事。”

巡天新动态曝光：探测灵敏度、以及空间分辨本领与哈勃相当

3 月 10 日，全国政协委员、中国载人航天工程总设计师周建平接受媒体采访时表示，空间站建成后，将发射巡天望远镜。

谈及巡天，他告诉媒体：“计划在光学舱里架设一套口径 2 米的巡天望远镜，分辨率与哈勃望远镜相当，视场角是哈勃的 300 多倍。如果在轨 10 年，可以对 40% 以上的天区，约一万七千五百平方度天区进行观测。”

他还表示：“巡天望远镜是可以在轨道上独立飞行的飞行器，它的探测效率更高，同时我们又把它放在空间站(做)静式供给飞行...... 另外我们可以对它进行在轨升级，始终可以把它保持在国际前沿的水平上。我们将用它在未来十多年的时间内，从事巡天科学的研究，我们将去探索星空...... 的奥秘包括起源，宇宙的演化、黑洞、暗物质、暗能量等重大科学前沿问题。”

另据悉，巡天的重量将达到十几吨。巡天发射后，可以跟空间站同轨运行。哈勃由于是独立运行，维修成本比较高昂，而巡天只需要和空间站对接，就能完成维修和燃料补充。

对于和巡天一起发射的空间站相关信息，周建平告诉媒体：“空间站将首先是中国在太空里的国家实验室，服务于中国科学家从事科研实验的需求，同时积极进行国际合作，欢迎其他国家科学家参与，以及航天员的入驻。在空间科学研究方面，中国的空间站将带来重大产出。”

事实上，巡天此前曾被叫做“巡天号光学舱”，“宇宙之眼”也是它的别名，它是“中国迄今为止自行研制的最大规模和科技含量最高的空间望远镜，也是中国空间天文的旗舰级项目”，其探测灵敏度、以及空间分辨本领与哈勃相当，但在观测视场和获取数据规模上高于哈勃，相关技术和功能也在全球处于领先地位。

此外据报道，NASA 最新研发的罗曼望远镜其视场面积是哈勃的 100 倍左右。因此，巡天发射后，有望替代哈勃并成为全球性能最佳的同类观测器。

此前通过哈勃观测的信息，研究人员累计产出 17000 多篇论文。而巡天的出现，也能帮助人类产出更多研究成果。

谈及此，周建平告诉媒体，我们发展航天的一个很重要的目的是去探索宇宙，探索未知，让我们人类对宇宙有更深刻的了解。此外，针对多种天文学的现象，用航天技术支撑进行探索，比从地面进行探索有很多独特的优势。

关键词：哈勃望远镜