為什麼天文學家現在在為兩個大型望遠鏡感到擔心
兩個大寶貝，讓天文學家操碎了心！
左右為難，令天文學家糾結的兩個大寶貝！
魚和熊掌，怎能兼得？
是巨型麥哲倫天文望遠鏡？還是30米天文望遠鏡？天文學家們可能面臨著史上最艱難抉擇。或許你會說：這有什麼，讓天文學家吵個結果出來不就行了？很可惜，不行，因為這兩台專業天文望遠鏡都已經在建造之中。
圖1：藝術家繪製的美國-歐洲大型天文望遠鏡，三十米望遠鏡（tmt）和巨型麥哲倫望遠鏡（gmt），圖中兩台望遠鏡正開啟激光導星（lsg）
目前的美國天文學界瀰漫著一些緊張氣氛，究其緣由，是一些非常大型的專業天文望遠鏡引發。事情是這樣的，美國國家科學基金會（nsf）是兩個強大的新一代天文台的主要資金來源，兩台望遠鏡都指望著nsf的經濟支持。然而，nsf正面臨著只能建造一台天文望遠鏡的壓力。上個月，nsf的諮詢委員會，即國家科學委員會（nsb）建議將建設大型天文望遠鏡預算控制在16億美元。這是一個可觀的數額，但對於兩個天文望遠鏡來說就顯得杯水車薪了。委員會表示，nsf必須在今年5月之前決定批准最終建設哪個望遠鏡。
尷尬的是，兩個天文望遠鏡都已經在建造中，它們同等重要，並且本應該一起配合著工作，如此才能實現天文學家們雄心勃勃的天文夢想。它們倆身形碩大無比，在很多方面預計將超越價值100億美元詹姆斯·韋伯空間望遠鏡（jwst）。是的，超越那個金光閃閃有著銀色護盾正在距離地球百萬英里處高速運行以搜索深空珍寶的先驅者。我們已經習慣於看到以前人類無法想像的事物，總在憧憬著更加宏大美好的東西。
「據我所知，沒有一台天文望遠鏡能夠在沒有美國國家科學基金會（nsf）投資的情況下繼續推進建設」，凱克天文台（keck observatory）首席科學家約翰·奧米拉（john o『meara）在接受《太空網》採訪時表示。「我在其他採訪中說過，『偉大的願景應該推動偉大的預算，而不是相反』，現在我依舊如此認為」。
兩個天文望遠鏡中的一個是巨型麥哲倫望遠鏡（gmt），項目建設成本約為254億美元，正在智利晴朗的沙漠中逐步成形。另一個則是「30米望遠鏡」（tmt），它的選址存在爭議。tmt計劃安裝在夏威夷一座名為莫納克亞的火山山頂上，這座壯麗的火山濕度低且風力輕柔，具備非常出色的天文望遠鏡建設條件。但當地人反對這一方案，因為這座山峰在夏威夷原住民文化中具有極其重要的意義。該地區已有13個望遠鏡，一些當地人認為這些設施正在影響自然環境進而引發建設爭議。tmt的建設成本預計與gmt相當。
「它們很貴」，負責為gmt提供大量私人資金的卡內基學會（carnegie institution for science）主席埃里克·伊薩克斯（eric isaacs）告訴《太空網》（space。com）。「nsf（美國國家科學基金會）並非負擔不起，但他們必須調整預算並且決定gmt建設是優先事項」。
圖2：藝術家繪製的位於夏威夷冒納凱亞火山頂的30米望遠鏡的示意圖。（圖片來源：tmt）
目前，兩支望遠鏡建設團隊仍在等待決定，並保持著樂觀的態度。
「我們的國際團隊將竭盡所能以成功完成價值25億美元的巨型麥哲倫望遠鏡（giant magellan telescope）」gmt團隊告訴《太空》雜誌。
「我們對國家科學基金會（nsf）的諮詢委員會（national science board）向nsf提出的建議很感興趣，我們渴望與nsf合作以提升美國新一代天文學家的領導地位」 ，tmt的一位發言人告訴《太空》雜誌。
伊薩克斯承認，由於國家科學委員會關於16億美元預算的建議，兩個望遠鏡建設項目間的確存在競爭。但他強調，各團隊目前保持著一致的立場。「我們團結一致，我們原本希望nsf能在這個時候拿出決定，但他們似乎才剛剛意識到這一點」。
望遠鏡夥伴
之所以將兩台望遠鏡設計為一對搭檔，關鍵原因是它們是互補的，即兩台望遠鏡能補足彼此的短板，二者聯手，則可以描繪出宇宙的全貌。
gmt將負責南半球的觀測任務，而tmt則負責北半球。兩者在某些方面還可以相互補充。它們將形成一種「接力賽」的默契。這樣一來，在攜手穿越宇宙的過程中，這些望遠鏡將能夠執行的科學任務將是現有的天文望遠鏡所無法相比的。你可能會好奇，一個地面望遠鏡如何能觀察到太空望遠鏡jwst無法看到的事物？答案很簡單，地球上的望遠鏡可以比太空中的望遠鏡更大，至少目前是這樣的。
圖3：美國-歐洲天文台的重疊觀測覆蓋範圍為美國天文學家提供了從南半球的巨型麥哲倫望遠鏡和北半球的30米望遠鏡全天候的觀測機會。這兩個站點的時間差將增加該系統的時間域天文學能力
tmt計劃擁有一個直徑為30米（100英尺）的主鏡，目前剛剛完成了其492個鏡片中的第100個拋光工作。gmt則將擁有7個寬為27。6英尺（8。4米）的鏡片，排列成類似六瓣雛菊的圖案，形成一個單個寬83。3英尺（25。4米）的光收集表面。鏡面越大，收集到的光線就越多；收集到的光線越多，就能看得越深遠，能探測到更暗的天體。
tmt團隊在一份聲明中表示，「tmt將提供比哈勃太空望遠鏡清晰度高12倍以上的圖像，比詹姆斯·韋伯太空望遠鏡清晰度高4倍以上」。
「這些將是未來幾十年的觀測工具」，伊薩克斯說。
此外，由於這兩個地面觀測站都位於地球上，因此它們可以隨著時間的推移進行調整。宇航員不可能在短時間內飛越百萬英里到達詹姆斯。韋伯太空望遠鏡所在的拉格朗日點2號對其進行調整。哈勃太空望遠鏡位於近地軌道，在以前是可以進行維護的，這已經是一項足以在幾十年後依舊慶祝的壯舉了。
為什麼美國政府對太空感興趣
國家科學委員會的建議在政治領域引發波瀾，並成功地作為遭遇棘手問題的行業領導者登上新聞頭條，真是一件神奇的事情。
歐洲南方天文台的巨型望遠鏡項目（不無諷刺地命名為「超大望遠鏡」）正在穩步推進；中國也有建造自己的「星際橋樑」的計劃。這兩個天文望遠鏡本應代表美國天文學的一大飛躍，同時也是美國天文學家的一大進步，建造受阻卻引發了擔憂。
「從我們的角度來看，最重要的是至少要建造一座月球基地」，伊薩克斯說，「如果我們不這樣做，我們就會被淘汰出局，而中國和歐盟將繼續前進。我們當然希望在此時提倡建造兩座天文望遠鏡，因為這會讓我們保持領導地位」。
實際上，在國家科學委員會提出16億美元的建議後不久，國會就發布了2024財年的撥款法案。在這份法案中，國會表示希望美國通過「美國超大望遠鏡」（uselt）項目達成「雙超大型望遠鏡里程碑」，但沒有說明具體願意投入的資金水平。有趣的是，該法案確實提到美國國家科學基金會（nsf）的總預算為90。6億美元。然而，到目前為止，對於望遠鏡項目而言，國家科學委員會（nsb）的數字（16億美元）仍然是科學家們唯一需要考慮的數字。
「我認為那個數字傳遞了一個信息」 ，伊薩克斯說，「我的意思是，我們大約只籌集到了所需資金的三分之一，如果沒有nsf的參與，我們還是無法建造望遠鏡，因為從富有的私人人士那裡籌集到這筆資金也是相當困難的。tmt也是同樣的情況」 。
然而正如伊薩克斯所言，16億美元並不是憑空得出的數字。他指出，「這不是一個神奇的數字，這是最初出現在《天文2020》報告中的數字」，這又使得情況具備更多的複雜性。
簡而言之，「astro2020」指的是一個非常詳細的計劃，概述了美國在2020年代的天文學和天體物理學的優先事項。因此，它也被稱為「十年戰略調研報告」。它是由國家科學、工程和醫學科學院編寫的，對於這場文學界而言最重要的是，「astro2020」大力主張至少建造一台大型望遠鏡，理想情況下建造兩台，gmt和tmt。
「『astro2020』報告並不是單純的建議，它是一個非常強硬的聲明」 伊薩克斯強調。
「『astro2020』委員會提出了我們需要何種工具以及如何負責任地建造和使用這些工具的遠大願景」 ，奧米拉說，「我認為我們可以迎戰這一挑戰，並與國會合作，將uselt作為雙鏡項目資助來源。否則，美國的領導地位將面臨風險」。
然而，「astro2020」報告中nsf應該為該項目投入18億美元。這個問題源於「astro2020」有些過時了。該報告發佈於2021年，從那時到現在成本已經上升。
「下一代望遠鏡項目已經變得如此龐大和雄心勃勃，因此需要大量的協調和規劃」 ，波士頓大學天文學與物理學助理教授迪隆。布勞特（dillon brout）告訴《太空》雜誌，「儘管這一決定確實令人難以接受，但令人稱讚的是，nsf決定儘早做出決定」。
「這是nsf在設施建設和運營方面不常採用的投資規模」，奧米拉說，「不過，科學研究需要這些燒錢的望遠鏡的功能」。
納稅人的天文學
由於立場的不同，當我們真正靜下心來思考時，可能會對現狀感到很尷尬。nsf的錢是公共資金，是納稅人的錢，也就是我們的錢。這一話題引發了許多類似的有趣討論，關於建造望遠鏡的難題引發了如何為科學研究提供資助的思考，我們這群科技愛好者，但同時也是納稅人，對我們而言這樣的科研投資究竟意味著什麼？
布勞特說：「當天文學研究經費成為公眾討論的話題時，我們必須利用這一機會重申繼續為這些揭開宇宙前所未見深度的努力提供資金支持的重要意義。如果美國想要在天文學、天體物理學和宇宙學等領域保持世界領先地位，這一點尤其重要。」
伊薩克斯說，有時他會在餐廳里坐下來思考，如果宣布科學家們發現了外星人，房間里的人會有怎樣的反應。他回憶到，「我看著身邊的人問，『如果我能告訴你有外星生命存在，你有什麼看法？』他們中的一半人會說，『哇，太酷了！』另一半人則會說，『為什麼？為什麼我們要花這筆錢？我們必須關心地球上的問題。』」
太空探索是否有意義有必要性是個很合理的問題，在過去也曾被多次提出。例如，在談到nasa的現代阿耳特彌斯月球任務時，我們就會看到這個問題的某種版本被提出來，而在nasa較早的阿波羅月球計劃中，這個問題也確實被提出過。在未來的許多年裡，我們肯定會看到這個問題被多次提出。
但科學是值得為之努力和付出的。有直接和顯而易見成果的醫學和氣候科學值得，天文學中的恆星科學、黑洞科學和暗能量科學也同樣值得。詹姆斯。韋伯太空望遠鏡無疑幫助身處悲劇和戰爭的人們感受到一種敬畏之情，而幾年前由事件視界望遠鏡拍攝到的首個黑洞直接圖像之所以登上各大新聞媒體的頭條，就是因為它確實觸動了人們的內心。科學發現可能不會直接影響我們的身體，但它們確實會影響我們的視角。更何況，與每年數百億美元的國防預算相比，用於科學進步的數十億美元微不足道。
圖4：歐洲南方天文台（eso）的超大望遠鏡的藝術效果圖。它也在智利建造。（圖片由歐洲航天局（esa）提供）
伊薩克斯說，儘管gmt團隊也從包括nasa在內的公共機構獲得資金用於建造大型望遠鏡，但主要來源還是私人資金。在2024財年法案中，nasa的資金分配總額為248。75億美元，用於「探索太陽系、了解氣候變化、促進航空領域的創新與可持續發展，以及保護我們的地球」。
「當宇宙向我們拋出最棘手的問題時，天文學與國會合作，為我們提供了這些研究宇宙的工具，」奧米拉說。正如他所強調的，即將在2025年實現首次觀測的魯賓天文台，計劃於2027年發射升空的南希·格雷斯·羅曼太空望遠鏡，以及已經開始產生成果的丹尼爾·k·井上建太陽望遠鏡和詹姆斯·韋伯太空望遠鏡，都是「因為問題重大，所以要大手筆投入」的典型例子。奧米拉說，「我們也應該用uselt來完成這兩台天文望遠鏡的建設。」
其他望遠鏡，比如凱克天文台，也是通過私人融資建造的，但這些項目的規模沒有這麼大。凱克天文台的造價達到了數百萬美元，但距數十億美元相差甚遠。
「一旦nsf說他們已經參與進來，你就會吸引到所有人的興趣。目前，我們有14個成員組成的團隊，這已經很多了，但我們仍在尋找維持運營的方法」， 伊薩克斯說。
那麼，我們接下來會怎麼做呢？
看來我們將在五月知道更多，屆時nsf會告訴我們他們在幕後討論了什麼。「nsf必須介入，否則會非常困難，」 伊薩克斯說。「當然，我們會同時用其他很多很棒的天文學想法做其他事情，但這是大計劃。」
「我想說，天文學目前正處於黃金時代，」他評論道，「在這個時候放棄地面天文學將是錯誤的時機。」
by: monisha ravisetti
fy: 封博問
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選文：天文志願文章組-
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