《科學》：美國天文物理學前途未卜

獨自發展還是合作研究

文章認為美天文物理學將在未來10年中被邊緣化

廣域紅外線巡天望遠鏡示意圖

　　從暗能量到太陽系外行星的發現，20世紀90年代銘刻著美國天文學家的光榮和輝煌。他們說，借助于最先進的儀器，比如廣域紅外線巡天望遠鏡(WFIRST)，他們仍然會保持在暗能量等天文物理學研究領域的前沿陣地;但美國政府表示，這些儀器過于昂貴。與此同時，一個被稱為“歐幾里德”的歐洲版暗能量探索計劃正在制定之中。天文學家擔心：美國是否正在放棄它在天文物理學研究領域的領導地位。

　　WFIRST根據美國宇航局(NASA)和能源部(DOE)建議的暗能量聯合任務而制定。經過10年的調查和辯論，2010年8月，美國國家研究委員會將WFIRST列為美國未來10年天文學發展的最優先計劃。該委員會認為，耗資16億美元的WFIRST是提升黑洞研究和尋找太陽系外行星的最佳途徑，NASA應該在2020年前讓這架望遠鏡升空。但是，最近出版的《科學》雜志發表文章指出，實現這一目標的希望日漸渺茫。

　　用太空望遠鏡探索宇宙

　　太空望遠鏡的概念最初出現在20世紀40年代，因為地球大氣層對許多波段的天文觀測有影響，天文學家們設想將望遠鏡放置到太空，但直到20世紀90年代哈勃望遠鏡正式升空發射，人類才開始對宇宙深空的探索。

　　哈勃空間望遠鏡以天文學家愛德溫·哈勃的名字命名，1990年4月24日，由航天飛機發送至地球大氣層之上的太空軌道，用于從紫外到近紅外的宇宙目標探測。在服役20多年后，NASA決定讓哈勃望遠鏡于2013年退休，并計劃于2014年發射新一代空間望遠鏡接替哈勃的天文觀察任務，該望遠鏡以NASA第二任局長詹姆斯·韋伯的名字命名，目標是尋找宇宙有史以來第一代恒星和星系;WFIRST則是美國暗能量探索計劃之一，旨在尋找并精確測量暗能量、尋找太陽系外行星。

　　暗能量是最近10年的最新發現，它是一種使宇宙膨脹加速的物質，普通常識或宇宙重力都不能局限它，物理學家們對暗能量現象有一種現成的解釋，但并不令人滿意，為此，需要對暗能量進行測量。1999年，美國加州大學伯克利分校的天文學家索爾·珀爾瑪特第一個提出了暗能量測量計劃，2003年，白宮要求DOE與NASA就暗能量測量項目進行合作，但合作并不順利，之后，暗能量探測任務轉到國家科學院，國家研究委員會將暗能量探測任務綜合為WFIRST計劃。

　　然而，2010年11月，NASA宣布：詹姆斯·韋伯望遠鏡將推遲發射。詹姆斯·韋伯望遠鏡的最初費用估計為65億美元，發射期是2017年，現在這兩個數字分別變成80億美元和2020年。這意味著WFIRST也不得不因此推遲發射期，美國的暗能量研究受到影響。

　　與此同時，歐洲版暗能量任務“歐幾里德”計劃于2018年升空。“歐幾里德”將耗資約10億美元，是歐洲空間局提出的三大方案之一。該局將于今年秋天最后決定是否對其投資。

　　獨立還是合作

　　2010年2月，歐洲人向美國NASA提議，讓NASA擁有20%的“歐幾里德”股權，并在科學家工作小組中占有兩個席位。2010年12月，NASA向有意加入“歐幾里德”的美國天文學家征求科學研究提案，但該計劃遭到部分天文學家的反對，他們認為，如果現在投資“歐幾里德”計劃會分散資源，美國未來還能有自己的暗能量計劃嗎?2011年3月，NASA宣布：拒絕在歐洲暗能量任務中占20%份額的支持性計劃。

　　鑒于詹姆斯·韋伯望遠鏡的麻煩，美國科學院委員會選擇從事暗能量探測的WFIRST作為優先事項。今年1月，委員會認為，與歐洲空間局建立20%的伙伴關系不明智，委員會表示，如果在未來10年中WFIRST得不到資助或在任何合作項目中不能起領導作用，那么它希望NASA投資委員會用10年調查所建議的其他項目。

　　《科學》雜志的文章認為，這一系列的變化顯示，美國天文物理學將在未來10年中被邊緣化。

　　在巴拉克·奧巴馬總統2012年的預算提案中，NASA有400萬美元用于WFIRST的概念發展。但有關官員指出，對WFIRST的任何承諾都必須等到NASA在今年夏天完成了對詹姆斯·韋伯望遠鏡的內部評估之后。

　　羅杰·布蘭福德是斯坦福大學的天文學家，他領導了國家科學研究委員會的一項為期10年的研究。他表示，如果NASA不能在最近10年內資助WFIRST，自己將為整個學術界痛苦地感到失望，因為大家作了如此之多的艱苦努力，才選擇出這樣一個可執行的項目;政府的決策預示了美國科學領袖的糟糕未來，挫傷了愿意從事暗能量和太陽系外行星探測的杰出青年人的士氣。WFIRST是否會輸給歐洲暗能量計劃，美國是否將屈居第二，布蘭福德和其他天文學家感到擔心。

　　盡管美國和歐洲的這兩個空間望遠鏡都用于暗能量研究，但它們各有不同。WFIRST是一個直徑為1.5米的紅外望遠鏡，它主要探測三個方面：弱引力透鏡效應、重子聲學振動和超新星。“歐幾里德”望遠鏡的直徑只有1.2米，主要集中在弱引力透鏡效應和重子聲學振動研究。

　　詹森·羅茲是美國噴氣推進實驗室的天文學家，他作為“歐幾里德”計劃國際聯盟成員幫助設計了這個項目，他說：“如果能影響‘歐幾里德’的設計和執行，這將是一個足夠大的股份。”

　　詹姆斯·格林是科羅拉多大學的天體物理學家、WFIRST科學定義小組的共同主席，他解釋說，部分天文學家反對與“歐幾里德”合作是出于這樣的擔心，即將天體物理學的領導權讓給歐洲是一個災難性下降的開始，正如美國放棄粒子物理學的領導權一樣。他問道：“問題是，美國經得起一無所有嗎?”

　　但格林相信，合作并非完全不可能。如果在今年10月份，歐洲空間局選擇不資助“歐幾里德”，那么他和其他人推測，歐洲的項目締造者們將會歡迎NASA以50%的份額入股合作。

　　《科學》的文章認為，也許現在談論WFIRST的命運或是否與“歐幾里德”合作為時過早，只有在NASA完成詹姆斯·韋伯望遠鏡的新計劃和歐洲空間局決定是否資助“歐幾里德”之后，才可看見美國未來10年的天文學之路。