來源：科技日報
望遠鏡是人類的千裡眼，沒有望遠鏡，我們就無法看清宇宙的模樣。
近日，美國俄亥俄州立大學天文學家團隊發布一項迄今最詳細報告表明，美國國家航空航天局(NASA)正在規劃的“寬視場紅外巡天望遠鏡”(Wide-Field Infrared Survey Telescope，簡稱WFIRST)有望為人類提供有史以來、最深層、最清晰的宇宙圖像，進一步揭示宇宙的奧秘。
NASA每次“上新”都引起全球矚目，這次的主角WFIRST又有哪些殺手锏?
在不同波段描繪宇宙“側影”
談論一台天文望遠鏡的使命之前，必須搞清楚它在哪個波段工作。
我們知道，電磁波按波長由短至長可分為伽馬射線、X射線、紫外線、光線、紅外線、微波、射電。“中國天眼”FAST就是在射電波段工作，而的阿塔卡瑪大型毫米波望遠鏡陣列(ALMA)覆蓋的則是微波光譜末端的短波。
在紅外波段工作的望遠鏡有WFIRST、斯皮策空間望遠鏡以及退役的赫歇爾太空望遠鏡。“通常，光學望遠鏡隻要配上紅外信号的接收器就可以同時在紅外波段工作，比如詹姆斯·韋伯空間望遠鏡以及哈勃空間望遠鏡。”中國科學院上海天文台研究員劉慶會在接受科技日報記者采訪時說。
與上述家喻戶曉的望遠鏡相比，在短波工作的望遠鏡則顯得小衆。比如費米伽馬射線太空望遠鏡、硬X射線調制望遠鏡(HXMT)等。“一般而言，波長越短的望遠鏡，其工程難度越大。”劉慶會表示。
為何要讓望遠鏡在不同波段工作呢?“覆蓋波段不同，科學目的也就不同。”中國科學院國家天文台研究員戴昱告訴科技日報記者，用不同波段的望遠鏡觀測天空，是為了看到不同的内容。
比如說，我們發現了一個新天體，借助光學望遠鏡，可以獲取它的光學輻射，搞清其外觀。通過紅外望遠鏡，則能了解它不同部位的溫度。射電望遠鏡會捕捉這個天體發射的射電波，X射線和伽馬射線望遠鏡則觀測它的高能能量。“最終我們可以獲得這顆天體多方面的信息，從而對它以及它周圍的環境有更深刻了解。”戴昱解釋道，WFIRST這類紅外望遠鏡主要看的是塵埃輻射。
就如同盲人摸象，每一個望遠鏡隻能“摸”清天體的一個側面。戴昱表示，天文學家的理想是用所有波段的望遠鏡把感興趣的天區或天體都“掃描”一遍，達到“全信使、多波段”的效果。
一次拍攝約為哈勃上百次觀測量
波段不同，望遠鏡接收信号的原理也不同。
由于人眼可以直接看到可見光，所以通過光學望遠鏡看到的物體樣子就是人眼看到的樣子。而紅外望遠鏡則需要安裝紅外接收器才能看到物體發出的紅外光。
斯皮策望遠鏡是史上第一個紅外太空望遠鏡。它在天空中巡視一番，幫助人類第一次得到銀河系塵埃分布圖，并看到太陽系以外的行星。由于“斯皮策望遠鏡的服役時間已經遠遠超過了計劃的年限，儀器的性能也開始下降，不少擁有斯皮策望遠鏡觀測運行經驗的科學人員也參與了WFIRST的前期研發和科學設計。”戴昱告訴記者，從這個意義上講，WFIRST是對斯皮策望遠鏡的一種繼承。
不過WFIRST和斯皮策并非沒有區别。根據波長的長短，紅外還可分為近紅外、中紅外和遠紅外波段，斯皮策主要覆蓋近紅外和中紅外，而WFIRST則主要覆蓋近紅外。戴昱表示：“近紅外波段可以觀測到塵埃、氣體和恒星，遠紅外波段看到的主要是塵埃的熱輻射。通過分析塵埃的溫度和能量，我們可以推測其熱量的供給、狀态及結構。”
除了波段上的細微差别和科學設計上的不同，與其他紅外望遠鏡相比，WFIRST特點是視場大。
WFIRST主要拍照儀器WFI的視場是0.28個平方度。“1個平方度的視場意味着能塞進5個滿月。0.28個平方度的視場則是同時看到1.4個月亮并排在一起，這是相當大的一片區域。”戴昱告訴記者。
公開資料顯示，WFIRST可以觀察到比哈勃更大的宇宙空間，其觀察範圍是哈勃可觀察範圍的100倍。這意味，哈勃望遠鏡拍上百次才能拍完的一片區域，WFIRST隻要拍一兩次就可以完成。“這将大幅縮減我們巡視一片天區所花的時間。”劉慶會表示。
WFIRST寬廣的視野将幫助科學家揭開暗能量、暗物質的奧秘，或尋找太陽系外适合生命發展的行星。WFIRST服役期間計劃覆蓋2000個平方度的天空區域。
上天之前還要解決諸多難題
工作波段不同，望遠鏡适宜擺放的位置也不同。工作波長比較長的望遠鏡可以在地面工作，波長比較短的則進入太空。
由于望遠鏡在地面觀測時會受地球大氣層和電離層影響，因此在太空中能獲得更清晰的圖像。“哈勃空間望遠鏡口徑2.4米，但它比口徑10米的地面望遠鏡看得還清晰。”劉慶會告訴記者。
地球大氣對紅外線僅有7個狹窄的“窗口”，因此紅外望遠鏡常置于高海拔區域。世界上較好的地面紅外望遠鏡大多集中安裝在美國夏威夷，那裡是世界紅外天文的研究中心。而紫外、X射線和伽馬射線望遠鏡必須在太空中工作。
讓望遠鏡上天并非易事，尤其是大口徑望遠鏡，因為其設備也會很龐大。“被稱為下一代最強望遠鏡的詹姆斯·韋伯望遠鏡花費了将近100億美元，至今沒能順利上天，就是因為有些研發工作還沒完成。”劉慶會告訴記者。
工作在同一波段的望遠鏡，口徑越大則分辨率高。WFIRST的口徑是2.4米，有着較高的分辨率。NASA稱，WFIRST希望分辨率達到和哈勃一樣的水平。
“實際上，拍攝、最深層、最清晰宇宙圖像的說法很可能是一種宣傳策略。不同波段的望遠鏡都可以在自己所在的波段如此宣稱。”戴昱表示，WFIRST的分辨率預計與的光學望遠鏡可相媲美。
不過，相較于技術難題，WFIRST目前的困境是資金短缺。WFIRST項目于2018年5月開始規劃，預算約32億美元。日前，美國政府公布了新一年的聯邦财政預算草案，美國國家科學基金會預算被砍12%。據外媒消息，WFIRST可能因預算被砍而計劃取消。
“科學衛星不像通信衛星、導航衛星和氣象衛星那樣與人們的日常生活關系密切。如果資金緊張，科學衛星很容易受到影響。”劉慶會說。
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