為什么美國天文學家現(xiàn)在擔心兩臺主要望遠鏡 _美國

一位藝術(shù)家在打開激光引導星（LSG）的情況下對US-ELTP三十米望遠鏡（TMT）（左）和巨型麥哲倫望遠鏡（GMT）（右）的渲染圖
據(jù)美國太空網(wǎng)（Monisha Ravisetti）：美國天文學界現(xiàn)在有點緊張，也許毫不奇怪，這與望遠鏡有關(guān)——事實上是超大的望遠鏡。下面是發(fā)生的事情。
美國國家科學基金會（NSF）是兩個強大的下一代天文臺一直指望的公共資金來源，它正面臨著只使用一臺望遠鏡的壓力。這是因為上個月，國家科學委員會——基本上是美國國家科學基金會的一個咨詢委員會——建議將其巨型望遠鏡的預算上限定為16億美元。這是一大筆錢，但對兩者來說都不夠。該委員會甚至表示，美國國家科學基金會將在今年5月之前決定哪臺望遠鏡獲得批準。
然而，這兩臺望遠鏡都已經(jīng)在建造中，兩者都同樣重要，而且實際上都應(yīng)該共同努力，實現(xiàn)天文學家的遠大夢想。由于它們的巨大性，預計它們將在許多方面甚至超過價值100億美元的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）。這就是現(xiàn)在坐在距離地球100萬英里的地方的金鏡銀屏開拓者，他如此迅速地發(fā)現(xiàn)了深空寶石，這讓我們看到了人類曾經(jīng)無法理解的東西。想象一下更好的東西。
凱克天文臺首席科學家John O'Meara告訴Space.com：“據(jù)我所知，如果沒有美國國家科學基金會的投資，今天的兩臺望遠鏡都沒有前進的道路。我在其他采訪中說過，‘偉大的愿景應(yīng)該推動偉大的預算，而不是相反’，我相信這一點。”
其中一個大型望遠鏡是巨型麥哲倫望遠鏡（GMT）。當你在智利清澈的滑雪沙漠中讀到這篇文章時，它正在形成，預計總成本約為25.4億美元。另一個被稱為三十米望遠鏡（TMT）。那個的位置有點爭議。計劃裝飾夏威夷一座名為毛納基亞的山，但當?shù)厝藢Υ藳Q定表示抗議，因為這座令人驚嘆的火山峰擁有低濕度和溫和的風（完美的天文條件），在夏威夷本土文化中極具意義。這是一個令人擔憂的情況，因為該地區(qū)已經(jīng)有13臺其他望遠鏡，一些當?shù)厝苏f這些設(shè)施正在影響自然環(huán)境。然而，就成本而言，預計金額與格林尼治標準時間大致對稱。
卡內(nèi)基科學研究所（Carnegie Institution for Science）主席埃里克·伊薩克斯（Eric Isaacs）對Space.com表示：“它們很貴，并不是說美國國家科學基金會（NSF）做不到，但他們必須改變現(xiàn)狀，并決定這是一個優(yōu)先事項。”

夏威夷莫納卡火山峰頂上三十米望遠鏡的藝術(shù)家插圖。（圖片來源：三十米望遠鏡）
截至目前，兩名望遠鏡工作人員在等待決定時似乎仍抱有希望。
GMT團隊告訴Space.com：“我們的國際財團完全致力于成功完成耗資25.4億美元的巨型麥哲倫望遠鏡。” 。
TMT的一位發(fā)言人告訴Space.com：“我們饒有興趣地閱讀了NSB向NSF提出的建議，并渴望與NSF合作，為下一代天文學家提升美國在天文學方面的領(lǐng)導地位。” 。
Isaacs承認，由于16億美元的宣布，存在一些自然的競爭，但總的來說，他強調(diào)球隊有一個統(tǒng)一戰(zhàn)線。“我們在一起，”他說。“我們希望美國國家科學基金會在這一點上能拿出任何東西，他們真的意識到了這一點。”
望遠鏡朋友
有一個關(guān)鍵的原因，這些望遠鏡是注定要成為伙伴。每個人都能找到對方缺失的部分；他們可以一起描繪出宇宙的全貌。
南半球的GMT將隨時待命，而北半球的TMT將隨時待命。兩人都有互補的專業(yè)知識。TMT可以做一些事情，GMT不會像訓練的那樣。但GMT可以從TMT在其他方面的失誤中恢復過來。標記團隊氛圍。通過這種方式，當望遠鏡手牽著手在宇宙中行走時，它們應(yīng)該能夠執(zhí)行科學——我們目前在天空上的機器人眼睛根本無法與之競爭。你想知道，地基望遠鏡怎么能看到太空JWST無法看到的東西？快速的答案是，我們星球上的望遠鏡可能比太空中的望遠鏡更大。至少就目前而言。

US-ELTP的重疊觀測覆蓋范圍為美國天文學家提供了南半球的巨型麥哲倫望遠鏡和北半球的三十米望遠鏡不受限制的全天空訪問。兩個地點之間的時區(qū)分離將提高系統(tǒng)的時域天體物理學能力。（圖片來源：US-ELTP（TIO/NOIRLab/GGMTO））
TMT剛剛完成了492個鏡面部分中的第100個，計劃擁有一個直徑（顯然）為30米或100英尺的主鏡。GMT將有七個27.6英尺寬（8.4米）的鏡段，以類似六瓣雛菊的圖案定位，形成一個83.3英尺寬（25.4米）的集光表面。鏡子越大，你能得到的光就越多。你能得到的光越多，你能看到的就越深，你能拾取的物體也就越暗。
TMT團隊在一份新聞稿中表示：“TMT將提供比哈勃太空望遠鏡清晰12倍以上、比JWST清晰4倍以上的圖像。” 。
“這些是未來幾十年的工具，”Isaacs說。

七個圓鏡被腳手架砸壞了。（圖片來源：GMTO Collaboration）
此外，這兩個地面天文臺都可以隨著時間的推移進行調(diào)整，因為它們在我們的星球上。一群宇航員不可能精確地行駛100萬英里到達JWST所在的拉格朗日點2，來修理機器。哈勃太空望遠鏡由于位于近地軌道，可能會在當天提供服務(wù)，但即使如此，這也足以讓幾十年后的慶祝活動成為可能。
為什么美國政府與明星有利害關(guān)系
令人著迷的是，科學委員會的建議如何在政治上引起反響，并成功成為關(guān)于該國作為明星領(lǐng)袖的棘手地位的頭條新聞。
令人擔憂的是，這些望遠鏡被認為是美國天文學和美國天文學家的一次重大飛躍。
歐洲南方天文臺的巨型望遠鏡項目（統(tǒng)一命名為超大望遠鏡）已經(jīng)穩(wěn)步完成；中國還計劃建造一座通往星空的巨大橋梁。
Isaacs說：“在我們看來，最重要的是，讓我們至少建造一個。” 。“如果我們不這樣做，我們就出局了，中國和歐盟（歐盟）將繼續(xù)下去。但我們現(xiàn)在當然想提倡兩個，因為我們認為這確實讓我們處于領(lǐng)導地位。”
事實上，在董事會提出16億美元的建議后不久，國會就發(fā)布了2024財年的資金法案。在該法案中，國會表示，希望通過美國超大望遠鏡（USELT）計劃，美國擁有“兩個天文臺的足跡”，但資金水平?jīng)]有具體說明。有趣的是，它確實提到，美國國家科學基金會總共將獲得90.6億美元的合作資金。盡管如此，NSB的數(shù)字仍然是迄今為止科學家們在望遠鏡項目中唯一需要解決的問題。
Isaacs說：“我認為這個數(shù)字傳遞了一個信息。” 。“我的意思是，我們大約有三分之一的資金，但除非我們讓NSF參與進來，否則我們無法建造它，因為很難籌集到這樣的資金，即使是從富有的私人那里籌集。TMT也是如此。”

五臺形狀滑稽的陸基望遠鏡并排排列在一張對比圖中。（圖片來源：GMTO Collaboration）
然而，正如Isaacs所指出的，16億美元并不是一個出乎意料的數(shù)字。“這不是一個神奇的數(shù)字，”他說。“這是Astro 2020報告中最初的數(shù)字。”
這就把我們帶到了局勢的下一層復雜性。
簡言之，Astro2020是指對2020年代國家天文學和天體物理學優(yōu)先事項的超級詳細概述。因此，它也被稱為十年調(diào)查。這是由美國國家科學院、工程院和醫(yī)學院撰寫的，但最重要的是，對于這部天文學戲劇，Astro2020特別主張至少有一臺超大望遠鏡，“理想情況下”有兩臺：格林尼治標準時間和TMT 。
Isaacs說：“Astro2020的報告不僅僅是一個建議。” 。“這是一個非常有力的聲明。”
O'Meara說：“十年提出了一個大膽的愿景，即我們需要什么工具，以及我們負責任地建立和使用這些工具的任務(wù) 。” 。“我認為我們可以迎接這一挑戰(zhàn) ，與國會合作，將USELT作為一個雙望遠鏡項目提供資金。否則，美國的領(lǐng)導地位將面臨風險。”
然而，略微矛盾的是，報告稱美國國家科學基金會應(yīng)該在該項目上投資18億美元。這個問題源于調(diào)查有點過時。它于2021年發(fā)布；從那時起，成本就上升了。
波士頓大學天文學和物理學助理教授Dillon Brout告訴Space.com：“下一代望遠鏡項目變得如此龐大和雄心勃勃，因此需要大量的協(xié)調(diào)和規(guī)劃。雖然這一宣布確實是一粒難以下咽的藥丸，但值得贊揚的是，美國國家科學基金會早晚會做出這一決定。”
O'Meara說：“無論是在建設(shè)還是最終運營中，這都是美國國家科學基金會不習慣的投資規(guī)模。” 。“也就是說，科學需要這些能力。”
納稅人天文學
這種情況有一個方面，當我們真正坐下來思考時，可能會感到謙卑或沮喪，這取決于你的觀點。美國國家科學基金會的錢是公共資金，也就是納稅人的錢，也就是我們的錢。
因此，這個話題引發(fā)了許多有趣的對話。這個難題說明了我們?nèi)绾钨Y助科學進步？它對任何對科學感興趣的人說了什么？
布魯特說：“當天文學資金出現(xiàn)在公眾討論中時，我們必須利用機會重申，繼續(xù)為這些努力提供財政支持是多么重要，這些努力將打開我們宇宙中前所未有的深處。” 。“如果美國想保持其在天文學、天體物理學和宇宙學領(lǐng)域的世界領(lǐng)先地位，這一點尤其正確。”
Isaacs說，有時他會坐在餐廳里，想知道如果宣布科學家發(fā)現(xiàn)了外星人，房間里的人會有什么反應(yīng) 。
他回憶道：“我看著旁邊的人說，‘如果我能告訴你另一個星球上有生命，你會怎么想？’” 。“其中一半的人說，‘哦，那太酷了。’另一半的人則說，‘為什么？我們?yōu)槭裁匆谶@上面花錢？我們必須關(guān)心我們在地球上的問題。’”
這是一個公平的問題，在過去也被提出過很多次。例如，當涉及到美國國家航空航天局的現(xiàn)代阿爾忒彌斯月球任務(wù)時，我們看到了它的一個版本，它絕對是在美國國家航空宇航局的舊阿波羅月球計劃中提出的。在未來的歲月里，我們肯定會看到它被提起更多次。
但也許科學是值得的。不僅是醫(yī)學科學和氣候科學，因為它們具有直接、有形的影響，還有恒星科學、黑洞科學和暗能量科學。詹姆斯·韋伯太空望遠鏡無疑幫助世界各地的人類在悲劇和戰(zhàn)爭中感受到了同樣的敬畏，幾年前由事件視界望遠鏡拍攝的第一張黑洞的直接圖像出現(xiàn)在每個主要新聞媒體的頭版也是有原因的。太空發(fā)現(xiàn)可能不會影響我們的身體，但它們肯定會影響我們的視角。除此之外，與年復一年獲得數(shù)千億美元的國防等公共資金相比，數(shù)十億美元用于科學進步是微不足道的。

ESO超大望遠鏡的藝術(shù)家渲染圖。它也在智利建造。（圖片來源：ESA）
而且，盡管美國國家航空航天局正在為計劃中的大型天文臺建造一些相關(guān)儀器，但私人資金目前正處于領(lǐng)先地位。在某種情況下，美國國家航空局在2024財年法案中的撥款定為248.75億美元，用于“探索太陽系，了解氣候變化，促進航空創(chuàng)新和可持續(xù)性，保護我們的星球”
O'Meara說：“當有機會回答宇宙向我們提出的最棘手的問題時，天文學已經(jīng)與國會合作，為這些工具提供資金。” 。正如他所強調(diào)的，魯賓天文臺（Rubin Observatory）將于2025年實現(xiàn)首光，南希·格雷斯·羅馬太空望遠鏡（Nancy Grace Roman Space Telescope）將于2027年發(fā)射到太空，丹尼爾·K·井上太陽望遠鏡（Daniel K.Inouye Solar Telescope
他說：“我們也應(yīng)該與USELT合作。” 。
私人資金也用于其他望遠鏡，比如凱克天文臺，但這些項目沒有這次那么大。凱克的成本高達數(shù)百萬，而不是數(shù)十億。
Isaacs說：“一旦美國國家科學基金會表示他們加入，你就會讓每個人都感興趣。目前，我們有14名聯(lián)合體成員，這是一個很大的數(shù)字，但我們?nèi)栽趯ふ胰氩环蟪龅姆椒?。” 。
那么，我們該何去何從？
好吧，我們似乎會在五月份知道更多，當美國國家科學基金會告訴我們他們在幕后討論了什么。Isaacs說：“NSF必須加入，否則會非常困難。” 。你知道，當然，我們會用天文學中的許多其他偉大的想法做其他事情——但這是一個偉大的想法。"
他說：“我認為天文學現(xiàn)在正處于黃金時代。” 。“而且，在這一點上放棄地面天文學將是錯誤的時機。”