美天文学十年调查:大型望远镜压榨其他项目

文章作者:lili | 2016-08-23
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在对美国宇宙航天的花费结构是什么样的?有研究称大型望远镜耗资不亚于火箭的费用。就如詹姆斯韦伯太空望远镜,预算不断被打破,最终花了80亿美元。相比中国在贵州黔南州平塘县大窝凼 ( dàng 荡 ) 喀斯特天坑中架设的天眼fast耗资更巨。不过是不是花在这个上面的钱太多了呢?导致其他航天项目不能顺利进行?小编觉得,万事万物皆有一个平衡点。中国人最讲究的是中庸之道,恰到好处。所以这个钱并不多,而且很值。我忍不住又把那个经典而古老的故事再讲述一遍:

早在 1970 年,一名赞比亚修女 Mary Jucunda 就致信 NASA 航空中心,也问了类似的一个问题:地球上很多人吃不上饭,为什么还要探索宇宙?

   NASA 这篇标题名为《为什么要探索宇宙》的回信:

  

  亲爱的 Mary Jucunda 修女,

  首先,请允许我向你以及你勇敢的姐妹们表达深深的敬意,你们献身于人类最崇高的事业:帮助身处困境的同胞。

  在详细说明我们的太空项目如何帮助解决地面上的危机之前,我想先简短讲一个真实的故事。400年前,德国某小镇里有一位伯爵,他将自己收入的一大部分捐给了镇子上的穷人,这十分令人钦佩。一天,伯爵碰到了一个奇怪的人,他家中有一个工作台和一个小实验室。他白天卖力工作,晚上的几小时的时间专心进行研究。把小玻璃片研磨成镜片,然后把研磨好的镜片装到镜筒里,用此来观察细小的物件。伯爵被这个前所未见的可以把东西放大观察的小发明迷住了。他邀请这个怪人住到了他的城堡里,作为伯爵的门客,此后他可以专心投入所有的时间来研究这些光学器件。

  然而,镇子上的人得知后,都很生气。“我们还在受瘟疫的苦,”他们抱怨道,“而他却为那个闲人和他没用的爱好乱花钱!”伯爵听到后不为所动。

  果不其然。他的工作获得了丰厚的回报:显微镜。显微镜的发明给医学带来了前所未有的发展,由此展开的研究及其成果,消除了世界上大部分地区肆虐的瘟疫和其他一些传染性疾病。

  伯爵为支持这项研究发明所花费的金钱,其最终结果大大减轻了人类所遭受的苦难,这回报远远超过单纯将这些钱用来救济那些遭受瘟疫的人。

  解决饥饿问题的关键有两部分:食物的生产和食物的发放。食物的生产所涉及的农业、畜牧业、渔业及其他大规模生产活动在世界上的一些地区高效高产,而在有的地区则产量严重不足。通过高科技手段,如灌溉管理,肥料的使用,天气预报,产量评估,程序化种植,农田优选,作物的习性与耕作时间选择和农作物调查及收割计划,可以显著提高土地的生产效率。

  人造地球卫星无疑是改进这两个关键问题最有力的工具。在远离地面的运行轨道上,卫星能够在很短的时间里扫描大片的陆地。可以同时观察计算农作物生长所需要的多项指标,土壤、旱情、雨雪天气等等,并且可以将这些信息广播至地面接收站以便做进一步处理。事实证明,配备有土地资源传感器及相应的农业程序的人造卫星系统,即便是最简单的型号,也能给农作物的年产量带来数以十亿美元计的提升。

  登月工程需要历史上前所未有的高精度和高可靠性。面对如此严苛的要求,我们要寻找新材料,新方法;开发出更好的工程系统,用更可靠的制作流程;让仪器的工作寿命更长久;甚至需要探索全新的自然规律。

  这些为登月发明的新技术同样可以用于地面上的工程项目。每年,都有大概1000项从太空项目中发展出来的新技术被用于日常生活中,这些技术打造出更好的厨房用具和农场设备,更好的缝纫机和收音机,更好的轮船和飞机,更精确的天气预报和风暴预警,更好的通讯设施,更好的医疗设备,乃至更好的日常小工具。

  你可能会问为什么先设计出宇航员登月舱的维生系统,而不是先为听力障碍患者造出有声阅读设备呢。答案很简单:解决工程问题时,重要的技术突破往往并不是按部就班直接得到的,而是来自能够激发出强大创新精神,能够燃起的想象力和坚定的行动力,以及能够整合好所有资源的充满挑战的目标。

  太空旅行无可置疑是一项充满挑战的事业。通往火星的航行并不能直接提供食物解决饥荒问题。然而,它所带来大量的新技术和新方法可以用在火星项目之外,这将产生数倍于原始花费的收益。

  由美国政府控制并提供资金支持的所有活动中,太空项目无疑最引人瞩目也最容易引起争议。尽管其仅占全部预算的1.6%,不到全民生产总值的千分之三。作为新技术的驱动者和催化剂,太空项目开展了多项基础科学的研究,它的地位注定不同于其他活动。从某种意义上来说,以太空项目对社会的影响,其地位相当于3000—4000年前的战争活动。

  如果国家之间不再比拼轰炸机和远程导弹,取而代之比拼月球飞船的性能,那将避免多少战乱之苦!聪慧的胜利者将满怀希望,失败者也不用饱尝痛苦,不再埋下仇恨的种子,不再带来复仇的战争。

  太空探索不仅仅给人类提供一面审视自己的镜子,它还能给我们带来全新的技术,全新的挑战和进取精神,以及面对严峻现实问题时依然乐观自信的心态。

  我相信,人类从宇宙中学到的,充分印证了Albert Schweitzer那句名言:“我忧心忡忡地看待未来,但仍满怀美好的希望。”

  向您和您的孩子们致以我最真挚的敬意!

美天文学十年调查:大型望远镜压榨其他项目

的詹姆斯·韦勃太空望远镜耗资巨大

美国天文学家担心,旨在研究宇宙加速和系外行星的下一个大型太空望远镜会像摧毁预算并最终耗资80亿美元的詹姆斯·韦勃太空望远镜(JWST)一样,出现开支激增和规模扩大的情况。美国国家科学、工程和医学院的一个肩负着在“十年调查”进程过半时评估该领域状况的专家组如是说。“十年调查”是一份天文学家列出的未来10年资助重点的定期报告。考虑到近期在探测引力波方面取得的成功,该专家组还表示,美国应当同欧空局(ESA)恢复合作关系,以建造旨在研究太空引力波的激光干涉空间天线(LISA)。

“天文学界非常想看到LISA取得进展。”专家组组长、麻省理工学院天文学家Jacqueline Hewitt表示,“虽然同ESA的合作关系已经解除,但它不得不被重新建立起来。”

总体而言,专家组对在多个科学前沿取得的成绩表示满意,尤其是在系外行星和引力波的研究方面。不过,他们担心,该领域主要资助机构——国家科学基金会(NSF)和美国宇航局(NASA)预算增长停滞以及来自像JWST一样的大型项目超支的压力,正在威胁受到天文学家追捧的诸多项目。“预算和我们在2010年设想的情形大不一样。”Hewitt说。

这个14人专家组评审了2010年“十年调查”——被称为“天文学和天体物理学的‘新世界,新视野’ ”——设置的优先任务取得的进展以及最新的科学成果。它强调了激光干涉引力波天文台对引力波的首次探测,并且突出了系外行星研究方面取得的进展。此方面进展大多由NASA的“开普勒”太空望远镜获得,并且揭示了行星系统的普遍存在和丰富的多样性。“没有人想到系外行星领域能以现在的这种方式迅速发展。”Hewitt表示。

新设施方面也取得了引人瞩目的成果。由欧洲和日本在智利北部合建的阿塔卡玛毫米波亚毫米波阵列望远镜即将竣工,并且已经获得一些重要的观测结果。包括JWST、系外凌日现象观测卫星、大型综合巡天望远镜在内的其他设施也将在未来几年投入运行。

不过,专家组表示,2010年调查确认的一些最优先任务遭到推迟、规模缩减,甚至被整体取消。这部分是因为在撰写2010年“十年调查”报告时并未预测到预算会持平。NSF的天文学预算一直保持着稳定,但由于其承诺建造大型新设施,这意味着对中等规模项目和单个研究人员的资助会被压缩。在NASA天体物理学部门,尽管预算跟上了通货膨胀的速度,但JWST不断增加的开支导致对一些新项目的资助推迟了5年,并且使中等规模的探测项目数量减少。

Hewitt表示,天文学界非常担心大型项目会“排挤”小型工程,同时NSF和NASA需要对其项目作出平衡。“把钱投向一些‘惊艳’的设施而不是用来做科研,这种做法是行不通的。”报告提出,NSF应当将拥有“较低科学影响力”的陈旧设施剥离,从而为资助天文学家腾出经费。NSF在2006年和2012年对其地面设施进行了评审,并且建议关闭诸如阿雷西博射电望远镜等观测台。不过,其中一些举措受到天文学家的抵制。

因预算收紧而受到影响的项目包括其中两台已经规划好的最大型望远镜——巨型麦哲伦望远镜和30米望远镜。2010年调查表明,NSF应当支持其中一个项目,但该机构没能这样做。两个项目均在私人和国际组织的支持下向前推进,但资金都没完全到位。NASA从同ESA合建LISA以及国际X射线天文台的合作中退出。目前,ESA正在推进两个项目的缩减版。

在2010年调查中,未来十年排在第一位的太空项目是宽视场红外巡天望远镜(WFIRST)。

WFIRST最初设计用于测量宇宙,但经过一段时间后更多地变成一台多用途望远镜。它同时研究系外行星的分布并且调查银河系的银道面。WFIRST于今年获得批准(比预期的晚了3年),并定于2025年发射(推迟了5年),而这些推迟要归咎于JWST的预算问题。

除了呼吁重新加入LISA项目,该专家组还建议NASA在ESA的X射线望远镜“雅典娜”中发挥作用,并且呼吁该机构强化对中等规模探测项目的支持。

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