WFIRST：据说，它要给人类看最清晰的宇宙

　　兼具宽视场和高分辨率——
　　据说，它要给人类看最清晰的宇宙

NASA

　　正在组装中的WFIRST主镜NASA

　　望远镜是人类的千里眼，没有望远镜，我们就无法看清宇宙的模样。

　　近日，美国俄亥俄州立大学天文学家团队发布一项迄今最详细报告表明，美国国家航空航天局（NASA）正在规划的“宽视场红外巡天望远镜”（Wide-Field Infrared Survey Telescope，简称WFIRST）有望为人类提供有史以来最大、最深层、最清晰的宇宙图像，进一步揭示宇宙的奥秘。

　　NASA每次“上新”都引起全球瞩目，这次的主角WFIRST又有哪些杀手锏？

　　在不同波段描绘宇宙“侧影”

　　谈论一台天文望远镜的使命之前，必须搞清楚它在哪个波段工作。

　　我们知道，电磁波按波长由短至长可分为伽马射线、X射线、紫外线、光线、红外线、微波、射电。“中国天眼”FAST就是在射电波段工作，而著名的阿塔卡玛大型毫米波望远镜阵列（ALMA）覆盖的则是微波光谱末端的短波。

　　在红外波段工作的望远镜有WFIRST、斯皮策空间望远镜以及退役的赫歇尔太空望远镜。“通常，光学望远镜只要配上红外信号的接收器就可以同时在红外波段工作，比如詹姆斯·韦伯空间望远镜以及哈勃空间望远镜。”中国科学院上海天文台研究员刘庆会在接受科技日报记者采访时说。

　　与上述家喻户晓的望远镜相比，在短波工作的望远镜则显得小众。比如费米伽马射线太空望远镜、硬X射线调制望远镜（HXMT）等。“一般而言，波长越短的望远镜，其工程难度越大。”刘庆会表示。

　　为何要让望远镜在不同波段工作呢？“覆盖波段不同，科学目的也就不同。”中国科学院国家天文台研究员戴昱告诉科技日报记者，用不同波段的望远镜观测天空，是为了看到不同的内容。

　　比如说，我们发现了一个新天体，借助光学望远镜，可以获取它的光学辐射，搞清其外观。通过红外望远镜，则能了解它不同部位的温度。射电望远镜会捕捉这个天体发射的射电波，X射线和伽马射线望远镜则观测它的高能能量。“最终我们可以获得这颗天体多方面的信息，从而对它以及它周围的环境有更深刻了解。”戴昱解释道，WFIRST这类红外望远镜主要看的是尘埃辐射。

　　就如同盲人摸象，每一个望远镜只能“摸”清天体的一个侧面。戴昱表示，天文学家的理想是用所有波段的望远镜把感兴趣的天区或天体都“扫描”一遍，达到“全信使、多波段”的效果。

　　一次拍摄约为哈勃上百次观测量

　　波段不同，望远镜接收信号的原理也不同。

　　由于人眼可以直接看到可见光，所以通过光学望远镜看到的物体样子就是人眼看到的样子。而红外望远镜则需要安装红外接收器才能看到物体发出的红外光。

　　斯皮策望远镜是史上第一个红外太空望远镜。它在天空中巡视一番，帮助人类第一次得到银河系尘埃分布图，并看到太阳系以外的行星。由于“斯皮策望远镜的服役时间已经远远超过了计划的年限，仪器的性能也开始下降，不少拥有斯皮策望远镜观测运行经验的科学人员也参与了WFIRST的前期研发和科学设计。”戴昱告诉记者，从这个意义上讲，WFIRST是对斯皮策望远镜的一种继承。

　　不过WFIRST和斯皮策并非没有区别。根据波长的长短，红外还可分为近红外、中红外和远红外波段，斯皮策主要覆盖近红外和中红外，而WFIRST则主要覆盖近红外。戴昱表示：“近红外波段可以观测到尘埃、气体和恒星，远红外波段看到的主要是尘埃的热辐射。通过分析尘埃的温度和能量，我们可以推测其热量的供给、状态及结构。”

　　除了波段上的细微差别和科学设计上的不同，与其他红外望远镜相比，WFIRST最大特点是视场大。

　　WFIRST主要拍照仪器WFI的视场是0.28个平方度。“1个平方度的视场意味着能塞进5个满月。0.28个平方度的视场则是同时看到1.4个月亮并排在一起，这是相当大的一片区域。”戴昱告诉记者。

　　公开资料显示，WFIRST可以观察到比哈勃更大的宇宙空间，其观察范围是哈勃可观察范围的100倍。这意味，哈勃望远镜拍上百次才能拍完的一片区域，WFIRST只要拍一两次就可以完成。“这将大幅缩减我们巡视一片天区所花的时间。”刘庆会表示。

　　WFIRST宽广的视野将帮助科学家揭开暗能量、暗物质的奥秘，或寻找太阳系外适合生命发展的行星。WFIRST服役期间计划覆盖2000个平方度的天空区域。

　　上天之前还要解决诸多难题

　　工作波段不同，望远镜适宜摆放的位置也不同。工作波长比较长的望远镜可以在地面工作，波长比较短的则最好进入太空。

　　由于望远镜在地面观测时会受地球大气层和电离层影响，因此在太空中能获得更清晰的图像。“哈勃空间望远镜口径2.4米，但它比口径10米的地面望远镜看得还清晰。”刘庆会告诉记者。

　　地球大气对红外线仅有7个狭窄的“窗口”，因此红外望远镜常置于高海拔区域。世界上较好的地面红外望远镜大多集中安装在美国夏威夷，那里是世界红外天文的研究中心。而紫外、X射线和伽马射线望远镜必须在太空中工作。

　　让望远镜上天并非易事，尤其是大口径望远镜，因为其设备也会很庞大。“被称为下一代最强望远镜的詹姆斯·韦伯望远镜花费了将近100亿美元，至今没能顺利上天，就是因为有些研发工作还没完成。”刘庆会告诉记者。

　　工作在同一波段的望远镜，口径越大则分辨率高。WFIRST的口径是2.4米，有着较高的分辨率。NASA称，WFIRST希望分辨率达到和哈勃一样的水平。

　　“实际上，拍摄最大、最深层、最清晰宇宙图像的说法很可能是一种宣传策略。不同波段的望远镜都可以在自己所在的波段如此宣称。”戴昱表示，WFIRST的分辨率预计与最好的光学望远镜可相媲美。

　　不过，相较于技术难题，WFIRST目前最大的困境是资金短缺。WFIRST项目于2018年5月开始规划，预算约32亿美元。日前，美国政府公布了新一年的联邦财政预算草案，美国国家科学基金会预算被砍12%。据外媒消息，WFIRST可能因预算被砍而计划取消。

　　“科学卫星不像通信卫星、导航卫星和气象卫星那样与人们的日常生活关系密切。如果资金紧张，科学卫星很容易受到影响。”刘庆会说。

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