天文學家的十年願望清單

過去十年，是天文學和天體實體學發展中耀眼的十年。天文學和天體實體學在許多方面都取得了突破性的進展。

然而，了解宇宙并沒有那麼容易，它往往需要昂貴而龐大的工具，也離不開諸多天文學家的通力合作。用更現實的眼光來看，這也意味着大量資金的投入。

為此，每隔十年，一大批天文學家和天體實體學家就會參與一項十年調查，按照優先順序列出他們認為最重要的研究領域和需要的硬體設施。最近一次調查的報告題為《21世紀20年代天文學和天體實體學的發現之路》，已由美國國家科學院于2021年底釋出。

最新一次天文學十年調查的報告《21世紀20年代天文學和天體實體學的發現之路》。（圖／美國國家科學院）

編撰報告是一項龐大的工程，主委會有20人參與，超過1000名科學家對最終報告有所貢獻。最終報告包含615頁，讀起來并不輕松。

但正因如此，這份報告頗具影響力。它讓我們更全面地看到，未來十年，天文學和天體實體學的關鍵科學挑戰是什麼，天文學家又有怎樣的“願望清單”，能夠帶來什麼樣的研究。

三大科學

在報告中，委員會确定了下一代天文學的24個關鍵科學問題。這些問題分為三大主題，都是最大尺度的科學，而願望清單上的設施都是為了解決這些主題下的具體問題。

首先是對類地世界的研究。由于系外行星的發現經曆了爆發性增長，太陽系之外的已知行星數量大約每兩年就會翻一番。在已知的5000多顆系外行星中，有數百顆與地球有些相似，它們也有可能支援生命的出現。

未來十年的一個主要目标是在地面和太空中建造新的大型望遠鏡，并配備能夠“嗅探”類地行星大氣的儀器，嘗試探測具有代表性的特殊氣體，比如微生物産生的氧氣等。

其次是推進多信使天文學。這是一個相對較新的天體實體學領域，它綜合了有關引力波、基本粒子和電磁輻射的資訊，進而獲得對宇宙基本天體實體學的更深層次的了解。

這需要的不僅是新的科學工具，還有更多項目機會，讓研究人員能夠合作和分享資料，進而進一步了解宇宙爆發和中子星和黑洞等緻密天體的合并。

最後一個主題是研究宇宙生态系統，特别是星系及其中心的大品質黑洞的起源和演化。

通過觀察極遙遠的星系，天文學家也可以回溯過去。是以，想要了解這些龐大而複雜的系統，科學家需要巨大的光學望遠鏡來尋找年輕宇宙中遙遠的星系，還要借助射電望遠鏡來窺視它們的中心，揭示出黑洞的更多秘密。

天文學家的願望清單

報告還囊括了數百個天文學項目，其中也有一些特别令人興奮的亮點。

十年調查建議并支援的大中型計劃和項目的時間安排示意圖。（圖／美國國家科學院）

比如，報告提出了在太空中建造下一代天文台的建議。目前有計劃在21世紀40年代發射的旗艦任務之一，将是一個擁有6米大的巨大鏡的光學望遠鏡，它将比哈勃的鏡面大8倍，可以用來研究其他行星系的類地行星，并有機會探測到生命。報告還建議建造兩個較小的空間望遠鏡，分别适合在紅外和X射線的波長範圍下工作。

但軌道并不是天文學家的唯一目标。在地球上還有望建造一個直徑25至30米的巨型光學望遠鏡，這相當于今天最大的望遠鏡的集光面積的5到7倍。

報告還呼籲建造一個由263台射電望遠鏡組成的新陣列，該陣列将橫跨整個美國。這個陣列有能力産生精密的射電圖像，其靈敏度可以達到以前任何設施的10倍，清晰度達到原先的20倍。這讓科學家能夠更深入地觀察宇宙，發現以前無法探測的天體。

願望清單上的另一個項目是在智利和南極洲建造微波望遠鏡，用于繪制宇宙大爆炸的餘輝。

下一個十年

科學不僅僅是對知識的追求。作為十年調查的一部分，天文學家和天體實體學家還利用這個機會審視行業現狀，提出了有關研究和教育的更多建議。

哪怕最終願望清單中隻有一小部分成了現實，它不僅會拓寬我們對宇宙的了解，同樣有機會帶來一個更多樣化的學界環境，推動人們進行更大的探索。

#創作團隊：

撰文：Gaviota

排版／設計：雯雯

#參考來源：

https://theconversation.com/astronomys-10-year-wish-list-big-money-bigger-telescopes-and-the-biggest-questions-in-science-179243

https://nap.nationalacademies.org/resource/26141/interactive/

#圖檔來源：

封面圖：ESA

首圖：ESO

文中插圖：ESA, NASA