【文/ 调查者网专栏作者 陈蓝】

今日，在阅历十四年的不断推延后，耗资100亿美元、有“鸽王”之称的詹姆士·韦伯太空望远镜总算成功发射升空。接下来，它将履行一系列高难度动作，打开天线、电池板、五层遮光罩、折叠式主镜和副镜。假如一切顺利，它将在30天后抵达150万公里外的意图地——日地第二拉格朗日点（以下简称日地L2点），然后开端在轨测验。下一年六月，它才会正式作业。

图1：阿里安5型火箭发射韦伯太空望远镜（credit：NASA）

图2：发射前的韦伯太空望远镜（credit：NASA）

韦伯太空望远镜有望成为地理史上一个新的里程碑。它6.5米口径的巨大主镜将用来搜集来自最悠远国际的红外光线，拍照令人震慑的深空相片，为咱们回答国际来源、暗物质和暗能量的隐秘。

毫无疑问，它是杰出的技能成果，也是1990年哈勃太空望远镜发射以来最受重视的太空望远镜。它不仅是口径最大的太空望远镜，也将成为有史以来看得最远的望远镜——能看到136亿光年外、诞生仅2亿年的前期国际现象。

它极高精度的大口径折叠式铍制镀金主镜、网球场巨细但单层厚度仅为0.025-0.05毫米的五层打开式遮光罩、确保主镜和红外仪器在零下220度作业的深度制冷体系和作业温差达450度的温控体系，在前史上都没有先例可循。它也将是人类发射到月球轨迹以外最重的航天器（6.5吨）。它的推延和这些巨大的技能应战不无关系。媒体对此现已有许多报导，这儿就不打开了。

咱们无妨趁这个时机回忆一下太空望远镜的前史，然后遐想一下未来。对咱们都关怀的我国太空望远镜的情况，我也会做一番比较和展望。

将地理望远镜发射到没有大气搅扰的太空中，最早是美国地理学家斯皮策于1946年提出的主意。但直到1968年12月，榜首架真实意义上的光学太空望远镜“轨迹地理台二号”（本文所述“光学太空望远镜”仅包含紫外、可见、红外光波段。伽马和X射线望远镜的结构和成像方法差异较大，缺少可比性）才成功升空。

轨迹地理台二号由NASA研发，主镜是一台选用斯瓦西成像体系的30.5厘米口径紫外波段望远镜。在四年多的作业期间（至1973年1月），它拍照了大约1200个方针的紫外相片，包含行星、彗星、恒星、星团和星系等。它也选用了其时最先进的无线图画传输技能。它的多个后续使命都很成功，促进了哈勃望远镜的立项。

图3：轨迹地理台二号（credit：NASA）

无独有偶，苏联的榜首架太空望远镜也是紫外波段的。“猎户座一号”望远镜装置在国际榜首个空间站“礼炮一号”上发射升空。它的口径为28厘米，运用16毫米感光胶卷。礼炮一号仅有联盟11号机组在上面驻留了22天。因为联盟11号回来时的悲剧性事端（三名宇航员因飞船失压身亡），猎户座一号也随礼炮一号使命的完毕而完结。

上世纪七八十年代，美、欧、俄发射了不少太空望远镜，掩盖红外、可见光、紫外、X和伽马等波段，但口径都不大（不超越一米），也没有特别注意图成果，因而不太为大众所知。

1990年，跟着哈勃太空望远镜的发射，NASA开端履行四个“大地理台”方案（另三个是康普顿伽马射线望远镜、钱德拉X射线望远镜、斯皮策红外望远镜），太空望远镜一会儿变得众所周知。

终究是哈勃出尽风头，而其他三架望远镜一向默默无闻。这不是没有道理的，因为哈勃是其时口径最大的太空望远镜（口径2.4米，将其时太空望远镜口径纪录翻了几倍），还能够由航天飞机在轨保护。从榜首次镜片缺点的修正开端，每次航天飞机履行哈勃修理使命都会成为新闻热点。当然，超纪录的出资（发射时21亿美元，后续100亿美元以上）和研发时刻（12年），以及超长的寿数（31年）也是它成名的本钱。

哈勃没有让人绝望。三十多年来，它的调查方针包含了家门口的太阳系天体直至130多亿光年外最悠远的星系。它的研究成果几乎改写了整个地理学。对大众来说，它让咱们认识了“创生之柱”和“天主之眼”等奥秘而绮丽的深空星云，更不用说极端震慑的哈勃超深场和极深场。它是名副其实有史以来最成功的地理项目。它至今还在作业，光辉还在持续。

图4：哈勃拍照的创生之柱（M16鹰状星云的一部分）（credit：NASA/ESA）

图5：哈勃极深场（这张跨过10年拍照、累计曝光时刻达50天的相片显现了在2.2角分见方的视场中7000多个130多亿光年外的星系）（credit：NASA/ESA）

除了四大地理台方案，从上世纪1990年代至今，美国和欧洲还发射了四架口径一米以上的太空望远镜。其间欧洲航天局和NASA联合研发的赫歇尔红外望远镜口径达到了3.5米，超出哈勃却知名度不高。因为航天飞机的退役，这些望远镜都不具有在轨保护才能，寿数大大缩短。一旦发生毛病就与世长辞。韦伯也不破例。

下表是有史以来口径超一极速百家乐米、现已入轨（5台）和正在研发（4台）的太空望远镜方针比较。可见哈勃仍然是角分辨率出类拔萃的深空利器。但进入中红外波段，它就只能抓瞎了。新研发望远镜的方向现已转向红外波段、大视场巡天和地外行星查找。

韦伯便是一台深化中红外波段的深空望远镜。因为国际胀大带来的红移现象，许多悠远的深空天体宣布的光线现已移到了红外波段。红外能捕捉到更多更悠远的天体。再加上日地L2点的优胜环境，咱们期望它能带来更为震慑的极深场相片，进一步提醒国际来源的隐秘。

那么韦伯之后，美欧和其他国家还有哪些大型太空望远镜方案？它们和长辈们比较有哪些前进？

美国正在研发的南希·罗曼望远镜是一台和哈勃相同口径、和韦伯相同作业在红外波段的太空望远镜。它的镜筒来自军方赠送，是冷战后剩余的“锁眼”间谍卫星镜头。和哈勃不一样的是，它是一台大视场巡天望远镜。浅显地说，巡天望远镜是广角镜头，而哈勃和韦伯这类深空望远镜便是长焦镜头。巡天便是对天空进行大面积全掩盖的拍照。一旦罗曼发现有意思的方针，就交给韦伯对准它进行更高分辨率的要点调查。

图6：罗曼太空望远镜

欧洲航天局也在研发一台红外巡天太空望远镜，名为欧几里得。但它的口径只需1.2米，整体方针也不如罗曼，又和罗曼一起运行在日地L2轨迹，所以只能看作罗曼的弥补。

至于其他国家，上一年有个音讯，日本和欧洲协作研发的SPICA（可译为角宿一或斯皮卡）红外望远镜（又是红外！）被正式撤销。SPICA一开端雄心壮志，口径3.5米，后来缩到1.8米，但仍是没逃脱被扔掉的命运。日本的榜首架大太空望远镜又回退成了“愿望”。

俄罗斯却是正在（永久进行时）研发一台1.7米口径的紫外望远镜Spektr-UV（又称WSO-UV国际紫外地理台，我国也参加了，谈过用长三乙发射）。但在苏联年代就方案的这台望远镜是个不知名鸽王，本应该在2008年左右发射的，现在推延到了2025年。了解俄罗斯航天的人都知道，2025或许也不靠谱。

好了，现在来说说我国。

我国其完成已有太空望远镜。2013年，嫦娥三号登月时带去了一台15厘米口径的月基紫外望远镜（很巧，中美苏榜首台都是紫外望远镜）。嫦娥三号现在仍有部分载荷在作业，期望这台望远镜仍然安好。

本年6月，民营航天公司来源太空发射成功我国榜首台近地轨迹光学太空望远镜，其口径不详，但估量就十几、二十几厘米。别的，西安光机所正在为中法地极速百家乐理卫星SVOM研发一台40厘米口径的可见光望远镜，将于2023年发射。

这些成果和美欧几十年来发射的那些大望远镜比较几乎微乎其微。我国空间科学长时间以来一向处于低谷状况，能够说是我国航天中最单薄的一环。上世纪七十年代我国就有天问一号卫星方案，但还没开端就完毕了。世纪之交又规划了一米口径空间太阳望远镜，但起起落落终究也没变成现实。

所幸的是，大约十来年前，空间科学先导方案和载人航天工程空间站先后施行，我国总算有了自己的地理卫星——悟空号暗物质勘探器和慧眼号X射线望远镜，两米口径的空间站共轨巡天光学舱（China Space Station Telescope, CSST）也总算立项发起。

巡天光学舱是我国空间科学的一次巨大腾跃，就像从石器年代一步迈入信息社会，是典型的跨过式开展。它和经过屡次晋级的哈勃罗曼号比较也毫不逊色，应该说各有千秋。它的视场面积大于一平方度，超越罗曼，但角分辨率却和罗曼及韦伯平起平坐。它巨大的CCD传感器靶面更是大致“反常”的半米长宽（忘了全画幅吧），像素总数高达31亿（主相机25亿，导星相机6亿）！是太空中碾压般的存在。

尽管它的口径小于哈勃，但因为选用了先进的离轴三反体系，不存在副镜和光阑的遮挡，确保了受光面积，成像质量乃至和哈勃适当。巡天光学舱更是继哈勃后唯二的可保护太空望远镜。它和空间站共轨，可定时保护和晋级设备、加注推进剂，然后大大延伸寿数。

图7：巡天光学舱烘托图（credit：CNSA）

图8：巡天光学舱离轴三反光学规划示意图（credit：科学通报）

巡天光学舱可勘探紫外、可见光和近红外波段。但其红外波段较窄，红外勘探才能不及罗曼和欧几里得，更不用说韦伯。它地点的近地轨迹对调查时刻和调查条件也会发生必定影响。但巡天光学舱的高分辨率紫外巡天是绝无仅有的，可见光也十分强。巡天光学舱、罗曼、欧几里得这三台巡天望远镜方针是共同的，将它们结合起来将是多赢的协作。

巡天光学舱面对的应战还包含地镜合作和数据处理等。它每天将发生1TB的数据。有专家估量，这样体量的数据处理需求一千人的参加。咱们的人才缺口还很大。这儿大胆提极速百家乐两个主张：榜首，互联网巨子们应充分利用他们的资源，帮忙开发人工智能数据处理体系。这种对科学事业的支撑应该是公益性的。第二，能够发起全国地理爱好者和大中学生参加，用众包形式进行分布式数据处理。这不仅能帮到科学界，也能起到全民科学教育的效果。

我国经过巡天光学舱完成了跨过式开展。那么，再往前看十至二十年，会怎么样呢？

美国刚刚发布了一个十年调研陈述，为2030-2040年代的太空望远镜提出了四个方案，其间两个旗舰级望远镜（旗舰级指的是哈勃和韦伯等级）方针都是地外行星。一个方案相似韦伯，但主镜口径加大到最大15米。另一个方案主镜口径4米，但在7万多公里外有一个巨大的52米直径的掩星器，期望经过遮挡恒星的强光来直接调查昏暗的地外行星。

不过，这两个方案基本上都不会施行，因为榜首个方案规划大到无法接受，而第二个方案主镜偏小，科学方针过于单一。很大或许它们终究会集并成一个适中的方案。

图9：美国未来旗舰太空望远镜15米主镜LUVOIR方案（credit：NASA）

图10：美国未来旗舰太空望远镜4米主镜合作掩星器HabEx方案（credit：NASA）

可是，韦伯的惨痛教训就在眼前。即便是规划较小、镜筒免费的罗曼望远镜，在特朗普任内也因为资金问题差点被枪决。NASA大项意图为德不卒更是粗茶淡饭（如星座方案）。美国会再次入坑吗？美国国会每年一次的预算会长时间支撑这样的高风险项目吗？十年后美国的经济和金融优势还会存在吗？这些都是问号。究竟，2030还有点远。

2030我国会有什么开展？咱们还看不太清楚。但能够必定的是，只需我国经济持续稳步增长，社会安稳，那么包含地理在内的科学事业必定会快速开展，乃至进入迸发期。

经过巡天光学舱的研发，咱们现已进入太空望远镜榜首队伍。咱们也现已把握许多关键技能。比方，十多年前咱们就研宣布了长轴6米多、相似韦伯的自动光学拼接主镜（LAMOST，郭守敬望远镜），长春光机所现已极速百家乐首页磨制出4米直径的高精度非球面碳化硅镜片，关于重型/超重火箭、拉格朗日轨迹飞控、高速数传、高精度姿控和指向、大尺度高灵敏度CCD传感器等技能，咱们现已彻底把握或已获得长足前进。

本年五月，媒体泄漏长光所正在预研十米口径机器人在轨拼装太空望远镜，预期2030年左右发射。这将是和美国下一个旗舰望远镜（假如一切顺利的话）旗鼓适当的项目，十分值得等待！

图11：长光所10米在轨拼装太空望远镜（credit：CCTV）

图12：长光所4米碳化硅主镜（credit：新华社）

今日韦伯的发射是一个重要的转折点，代表哈勃年代的完毕和新年代的到来。未极速百家乐来几十年，中美竞赛大约率主导国际格式，太空望远镜也不破例。我期望，这是一种有益于人类前进的良性竞赛。