美大推力火箭有望改变天文学游戏规则

顾汉现

美大推力火箭有望改变天文学游戏规则

(转帖)

发布时间：2009-1-17 10:26:21





火箭可以将体积更大的望远镜送入太空





可以将直径8米的X射线望远镜发射到太空





火箭的动力足以将18万公斤的重物(大约相当于16或17辆校车)送入低地轨道


北京时间1月17日消息，据美国宇航局网站报道，在天文学“游戏”中，尺寸至关重要。要想获得距地球数十亿光年远的天体清晰照片，我们便需要大口径天文望远镜。随着美宇航局新一代战神5号火箭即将问世，天文学的“游戏规则”或由此改变。

对天文研究产生重大变革

特伦森领导实施了多项先进的天文学概念研究。他认为，“美宇航局新型战神5号火箭将彻底改变‘游戏规则’。”战神5号火箭担负着发射美宇航局新一代载人月球登陆器及月球基地所需要货物的重任，其庞大的保护罩足可装下大约8辆校车，火箭的动力足以将18万公斤的重物(大约相当于16或17辆校车)送入低地轨道。另外，战神5号火箭运载重物的质量是航天飞机载重量的6倍，运载重物的容量是航天飞机的3倍。

特伦森说：“想一想，这种火箭所能发射的望远镜将会是什么样子。这种望远镜将对天文学研究产生重大变革。”马歇尔太空飞行中心光学工程师菲尔·斯塔西尔(Phil Stahl)举例说明了这一点：“战神5号可以携带直径达8米的超大口径望远镜，我们目前已掌握了制造这种望远镜的技术。由于不必将大型望远镜放到小型运载火箭上发射，这样，发射的危险相对较低，同时在成本方面还存在巨大优势。”

斯特西尔指出，相比之下，“哈勃”天文望远镜直径只有2.4米。直径8米的单镜面望远镜(monolithic telescope)观测物体的清晰度是“哈勃”望远镜的3倍。更为重要的是，在相同的观测时间内，直径8米的望远镜可以看到的天体会比“哈勃”望远镜暗上11倍，因为前者的光收集区域是后者的11倍。

战神5号火箭甚至可以将体积更大的望远镜送入太空。它可以运送大型分段式望远镜(segmented telescope)，分段式望远镜有多个镜片，这些镜片可以折叠以利于运输，比如“詹姆斯·韦伯”太空望远镜，但新型分段式望远镜的体积却是“詹姆斯·韦伯”望远镜的三倍。

敏感度是哈勃近两千倍

太空望远镜科学研究所的天文学家马可·鲍茨曼(Marc Postman)多年来一直在设计直径16米的分段式光学/紫外望远镜——ATLAST(先进技术大孔径太空望远镜的缩写形式)。如此大孔径的望远镜的科学意义当然不同寻常。鲍茨曼说：“ATLAST望远镜的敏感度是哈勃望远镜的近2000倍，图像清晰度是哈勃或詹姆斯·韦伯望远镜的7倍左右。它可以帮助我们揭开一个旷日持久的谜团——‘地球以外的地方是否还存在生命？’”

ATLAST望远镜的超敏感度还可以大大增加天文学家对样本大小恒星的观测范围，在宇宙某个角落去寻找适于生命居住的星球。鲍茨曼说：“在太空望远镜的帮助下，我们可以获取绕附近恒星(距地球60至70光年远)旋转的地球质量行星的光谱。我们可以从这些行星的光谱信号中探测氧气和水的痕迹。ATLAST望远镜还能精确确定地球附近星系中恒星的诞生日期，让我们对星系聚集恒星的方式进行准确描述。”

ATLAST望远镜还可以探究星系和黑洞之间的联系。科学家知道，几乎所有现代星系的中心都有超大质量的黑洞。鲍茨曼解释说：“超大质量黑洞的形成和星系的形成可能存在着重要联系，但我们不了解它们这种关系的性质。是黑洞最先形成，作为种子让星系在它们周围生长呢，还是星系最先形成，作为恒温箱养育了超大质量的黑洞呢？大型紫外/光学望远镜可以解答这个问题：如果我们的望远镜发现古代星系中心没有超大质量的黑洞，这意味着星系没有黑洞亦能存在。”

美国得克萨斯大学天文学家丹·莱斯特(Dan Lester)提出了建造一种直径达16米的大型望远镜的想法，这种望远镜将用于探测远红外波长。莱斯特说：“远红外望远镜与斯塔西尔和鲍茨曼的光学望远镜截然不同，但是对它们的有力补充。在光谱的远红外线部分，我们一般不能看到恒星星光本身，但可以看到恒星周围的尘埃和气体的闪光。在恒星形成的早期阶段，原恒星周围是可见光无法穿透的一层层尘埃物质。远红外望远镜可以让我们探测这些巨大、稠密云团的内部。”

大型望远镜前景一片光明

在远红外线范围内进行科学观测尤其具有挑战性。这些长长的波长直径是可见光的数百倍，所以，天文学家很难获得天体的清晰照片。莱斯特说：“大型望远镜是获取高清晰红外线波长所必需的。”同斯塔西尔和鲍茨曼的望远镜一样，莱斯特的单孔径远红外望远镜(缩写SAFIR)有两种型号：8米单镜面和16米分段式。

莱斯特意识到，在战神5号火箭帮助下，他可以发射一台不需要复杂折叠的8米望远镜，“但另一方面，如果我们不介意因折叠功能而增加复杂性和费用，同时使用战神5号火箭来发射，那么我们就可以发射真正大口径望远镜。”除了上述望远镜外，战神5号火箭还可以将直径8米的X射线望远镜发射到太空。美宇航局颇负盛名的钱德拉X射线太空望远镜只有一面直径为1米的镜子，可以想象，拥有一面直径8米镜子的钱德拉望远镜会揭示一个怎样的世界！

钱德拉X射线太空望远镜中心天文学家罗格·布里森登(Roger Brissenden)对未来一台称为Gen-X的8米X射线太空望远镜的前景激动万分。他说：“Gen-X将是拥有超凡力量的X射线太空望远镜，会开辟天体物理学的新边疆。这台望远镜将会去观测宇宙大爆炸以后数千亿年诞生的最早一批黑洞、恒星和星系，帮助我们确定它们怎样随时间演变。眼下，对年轻宇宙的研究几乎完全停留于理论层面，但在超强敏感度的望远镜的帮助下，这些早期天体将显露庐山真面目。”

战神5号火箭确实会增强我们对宇宙的了解。特伦森说，它将摆脱科学任务质量和体积限制的枷锁，将我们带入深空，“观测你做梦也想象不到的无数天文现象。这颗大型火箭将会彻底改变天文学研究。我对这一天有些迫不及待了。”