四款太空望远镜 开启宇宙探索新纪元

新浪科技
2018-06-22

分享本文至∇

新浪科技2018-06-22

6月22日消息,据国外媒体报道,哈勃太空望远镜已在太空运行28年时间,拍摄了人类有史以来最美丽、最重要的宇宙图像。但我们必须面对一个现实问题,哈勃太空望远镜正在逐渐“变老”,它不可能服役太长时间。以下是未来即将发射升空的四款太空望远镜,或将揭晓更多的宇宙谜团。

1、HabEx望远镜

HabEx望远镜的观测光线波长有助于分析生物圈结构。
HabEx望远镜的观测光线波长有助于分析生物圈结构。

HabEx望远镜又被称为“宜居系外行星成像任务”,它能够直接拍摄环绕其它恒星的行星。它的观测目标是所有类型行星,从热木星至超级地球,但是其主要任务是观测类地系外行星,并测量它们的大气层。

换句话讲,HabEx望远镜将试着探测环绕其它恒星的行星生命迹象,为了实现这一目标,HabEx望远镜需要阻挡恒星光线,这样才能探测到恒星周围光线昏暗的行星。当前可能有一至两种方法可以实现。

阻挡恒星光线的第一个方法是HabEx首先安装了日冕仪,这是安装在望远镜内部的一个微小结构,它能够阻挡前方观测恒星的光线,恒星周围天体的昏暗光线将通过望远镜传感器进行成像。该望远镜拥有一个特殊可变形镜面,可以微调和调谐,直至光线微弱的行星进入观察视野范围。

之前有使用日冕仪的实例,欧洲南方天文台的甚大望远镜,能够将中心恒星“隐藏”起来,观测揭晓恒星周围的昏暗灰尘盘。之前研究人员拍摄到一段引人注目的视频,4颗木星体积大小的行星环绕HR 8799恒星运行。

阻挡恒星光线的第二个方法是使用“遮星板(Starshade)”,它位于望远镜前方,遮挡恒星发出的光线,这样就能观测到光线暗淡的行星,其作用相当于司机的遮阳板。它是一个独立组件,外形颇似风车。“遮星板”的独特之处在于它的“花瓣结构”,它能制造出边缘柔和光线,因此昏暗行星的光波很少被弯曲,从而形成观测行星的最佳时机。

不同于多数太空任务,“遮星板”可用于任何太空探测器,因此,哈勃、詹姆斯·韦伯太空望远镜或者其它太空探测器都可使用它。之前我们总是抱怨仅能使用凌日探测法或者径向速度法观测一小部分行星,但是对于HabEx望远镜,可以观测到任何行星。

除了观测类地系外行星这一主要任务之外,HabEx还将用于天体物理学研究,例如:观测早期宇宙,研究最大恒星以超新星方式爆炸前后的化学成分。

2、“山猫(Lynx)”望远镜

“山猫望远镜”是美国宇航局新一代X射线望远镜,有趣的是,Lynx并非是缩写,仅是以一种动物命名。
“山猫望远镜”是美国宇航局新一代X射线望远镜,有趣的是,Lynx并非是缩写,仅是以一种动物命名。

“山猫望远镜”是美国宇航局新一代X射线望远镜,有趣的是,Lynx并非是缩写,仅是以一种动物命名。在不同的文化中,山猫被认为是一种拥有超自然能力的动物,它们能够真实观察发现事物真相。

X射线位于电磁波谱较高波段,它们被地球大气层阻挡,所以需要发射一个太空望远镜才能进行X射线观测,目前,美国宇航局于1999年发射钱德拉X射线天文台,欧洲航天局正在研制ATHENA任务,预计2028年发射升空。

山猫望远镜将作为詹姆斯·韦伯太空望远镜的合作伙伴,窥探可观测宇宙的边缘区域,它将揭晓第一代超大质量黑洞,有助于分析早期黑洞的形成和合并过程。该望远镜能够探测到宇宙首批星系聚集形成早期宇宙网络时释放的炽热气体。

同时,山猫望远镜还将用于检测钱德拉、XMM牛顿和其它X射线天文台聚焦的天体,例如:脉冲星、碰撞星系、坍塌星、超新星、黑洞等。即使是正常恒星释放X射线耀斑,也将揭晓更多的重要信息。

宇宙中绝大多数物质都位于温度高达数百万摄氏度的气体云之中,如果你想看到真实的宇宙,你最好用X射线进行观测。X射线望远镜不同于哈勃望远镜等可见光探测设备,它并不仅仅是能够反射X射线的镜面,你可以使用掠射镜面轻微地改变镜面上光子的方向,使光子朝向望远镜。

山猫望远镜外部镜面直径3米,其观测灵敏度是钱德拉天文台的50-100倍,观测视野比钱德拉天文台的16倍,收集光子的速度是钱德拉天文台的800倍。

3、“起源太空望远镜(OST)”

起源太空望远镜并不是像斯皮策太空望远镜那样使用液态氮降温,而是使用反射器、散热器,并在仪器周围安装低温冷却装置,将望远镜的热量阶段性地释放出来。
起源太空望远镜并不是像斯皮策太空望远镜那样使用液态氮降温,而是使用反射器、散热器,并在仪器周围安装低温冷却装置,将望远镜的热量阶段性地释放出来。

“起源太空望远镜”像詹姆斯·韦伯太空望远镜和斯皮策太空望远镜一样,它是一款红外望远镜,用于观测宇宙中最寒冷的天体,但是它的体积将更大,詹姆斯·韦伯太空望远镜的主镜直径为6.5米,起源太空望远镜的主镜直径将达到9.1米。

想像一下,一台最大陆基望远镜部署在太空中会是怎样的效果?它不仅是体积大,还将温度更低。美国宇航局将斯皮策太空望远镜的温度降至5开氏度(绝对零度之上5度),比宇宙背景温度略高一些。目前他们计划设计“起源太空望远镜”的温度为4开氏度,这听起来没有什么,但这是一项巨大的挑战性工程设计。

这并不是像斯皮策太空望远镜那样使用液态氮降温,而是使用反射器、散热器,并在仪器周围安装低温冷却装置,将望远镜的热量阶段性地释放出来。借助一台巨大冷红外望远镜,起源太空望远镜将超越詹姆斯·韦伯太空望远镜,更好地观测宇宙第一批星系的形成过程,分析宇宙最早恒星的形成时间,天文学家将这一时间称为“宇宙黑暗时代”。它将用于观测行星系统、灰尘盘的形成,并直接观测其它行星大气层,寻找生物信号证实地外生命存在。

4、“大型紫外/光学/红外巡天望远镜(LUVOIR)”

哈勃太空望远镜可以观测分析土卫二,相比之下,LUVOIR望远镜会获得更清晰的观测数据。
哈勃太空望远镜可以观测分析土卫二,相比之下,LUVOIR望远镜会获得更清晰的观测数据。

这三项令人兴奋的太空望远镜计划,将进一步增强我们对宇宙的认知理解。但是“大型紫外/光学/红外巡天望远镜(LUVOIR)”更值得期待。

詹姆斯·韦伯太空望远镜将会成为一个功能强大的望远镜,但它仅是一个红外仪器,用于观测宇宙中较寒冷天体,例如:宇宙早期的红移星系,或者最新形成的行星系统。相比之下,LUVOIR望远镜的性能比詹姆斯·韦伯太空望远镜更胜一筹。

LUVOIR望远镜将是哈勃太空望远镜的“真实继承者”,它是一款巨大的太空勘测仪器,可以用于红外线、可见光和紫外线观测。目前,LUVOIR望远镜有两个设计方案,一个设计是镜面直径8米,可通过“猎鹰重型火箭”等重载运输工具发射升空;另一个设计是使用镜面直径15米,使用“太空发射系统”发射升空,这比陆基最大望远镜体积大50%,哈勃太空望远镜的镜面直径只有2.6米。

LUVOIR望远镜具有较大的观测视野,以及一套过滤器和仪器设备,天文学家可用于观察他们所期望观测的天体。同时,它装配日冕仪,直接用于观测行星,模糊恒星的光线;该望远镜还装配光谱仪,用于查找系外行星大气层中存在的化学物质等等。

LUVOIR望远镜是一款通用功能仪器,天文学家可以使用它在天体物理学和行星科学领域进行探索发现。它还具有其它一些功能,直接观测系外行星、搜寻地外生命信号、将所有不同种类系外行星进行分类,例如:热木星、超级地球等。

它将比其它探测器更好地观测太阳系天体,如果我们没有宇宙飞船的话,LUVOIR望远镜将是最佳观测视角。例如:哈勃太空望远镜可以观测分析土卫二,相比之下,LUVOIR望远镜会获得更清晰的观测数据。

该望远镜能够观测宇宙中任何天体,勘测到比哈勃太空望远镜观测到更小的天体目标,它将观测到宇宙中第一批诞生的星系和恒星,有助于测量宇宙中暗物质浓度。

当前天文学家仍未完全理解当恒星聚集足够质量时会发生什么,LUVOIR望远镜将用于勘测恒星形成区域,透过气体灰尘云窥探宇宙恒星形成的最初时刻,以及环绕恒星周围的行星。

Copyright © 西子客浙ICP备:13051348-2