编译 | Quest
排版 | 徐徐
哈勃太空望远镜在太空中已经使用了28年，记录了人类曾经拍摄过的宇宙中最美丽，对于科学有着重要意义的图像。 但让面对现实，哈勃老了，它可能不会再带给我们那些令人震撼的数据。
但是NASA的詹姆斯韦伯太空望远镜正处于测试的最后阶段，WFIRST也正在等待。 现在正在设计的这四套强大的仪器，将成为下一个十年宇宙观测的一部分，并帮助回答有关宇宙的最基本问题。
詹姆斯韦伯太空望远镜在美国宇航局约翰逊航天中心的洁净室内
Credit：NASA / JSC
詹姆斯韦伯太空望远镜还没有到达太空，而且在经过目前的一轮测试后，仍然会有更多的延迟。 然后是WFIRST，这是一种广角红外空间望远镜，它实际上是由国家侦察局不需要的老式哈勃望远镜组成的。 白宫希望取消它，国会却要求保存它，现在美国航空航天局正在构建它的一部分。
美国宇航局的宽视场红外测量望远镜（WFIRST）将拍摄同哈勃一样质量的图像，覆盖比哈勃大100倍的天空。 这些巨大的图像将允许天文学家研究宇宙的演变。 它的Coronagraph仪器将直接对系外行星进行成像并研究其气氛
Credit：NASA / GSFC
政府的这些调查每十年进行一次，召集地球科学，行星科学和天体物理学委员会。他们讨论想法，争辩，投票并最终就一系列建议达成一致，这些建议将确定未来十年的科学优先事项。
距离最终文件还有几年的时间，但是下一代太空望远镜的计划阶段正在形成，而且它们非常棒。
HabEx
我们要看的第一个任务是HabEx或Habitable Exoplanet成像任务。这是一个将直接拍摄行星绕其他恒星的航天器。它将瞄准各种行星，从热木星到超级地球，但其主要目标将是拍摄像地球的系外行星并测量其大气。
可以帮助探测生物圈的光波长
Credit：NASA / JPL
换句话说，HabEx将尝试探测绕行其他恒星的行星的生命信号。为了完成这项工作，HabEx需要阻挡来自恒星的光线，这样可以暴露附近很多较暗的行星。 它会有一个，也许有两种方法可以做到这一点。
首先是使用冠状图。 这是一个位于望远镜内部的小点，它位于恒星的前方并遮挡其光线。 通过望远镜的其余光线来自星体周围较暗的物体，并可通过仪器的传感器进行成像。望远镜有一个特殊的变形镜，可以调整，直到昏暗的行星进入视野。
以下是欧洲南方天文台超大望远镜使用的冠状星云的一个例子。 中央恒星被隐藏起来，揭示了它周围较暗的灰尘盘。 这是一颗棕色矮星围绕恒星的直接图像。
这张红外图像显示了Centaurus南部星座附近的恒星HR 4796A周围的尘环。 它不仅展示了环形本身的清晰度，而且还展示了SPHERE减轻眩光的力量
Credit：NASA
阻挡光线的第二种方法是使用Starshade。 这是一个完全独立的太空船，看起来像一个风车。 它飞行数万公里远，当它的位置完美时，它会阻挡来自中央恒星的光线，同时允许来自行星的光线在边缘周围泄漏。Starshade的诀窍就是那些花瓣，这些花瓣创造出柔和的边缘，所以来自较弱地球的光波不会弯曲。 这会产生一个非常黑暗的阴影，应该有最好的机会来揭示行星。
starshade的概念图，巨大的结构旨在阻止星星的眩光，使未来的太空望远镜可以拍摄行星的照片
Credit：SA / JPL
与大多数任务不同，这样的望远镜可以用于太空中的任何天文台。因此，哈勃，詹姆斯韦伯或其他天文台可以利用这种仪器。我们总是抱怨我们只能看到行星或径向速度方法中的一小部分行星，但是通过像HabEx这样的任务，可以在任何装置中看到行星的方向。
除了这一主要使命之外，HabEx还将用于各种天体物理学，如观测早期的宇宙，研究最大恒星发生爆炸前的化学成分。
Lynx
接下来，Lynx将成为美国宇航局的下一代X射线望远镜。令人惊讶的是，它不是一个缩写，它只是以动物命名。在不同的文化中，Lynxes被认为具有超自然的能力来看待事物的本质。
X射线处于电磁谱的较高端，它们被地球大气所阻挡，所以你需要一个太空望远镜才能看到它们。目前，NASA拥有钱德拉X射线天文台，而欧空局正在开展其ATHENA任务，计划于2028年发射。
天猫座任务概念
Credit：NASA
Lynx将作为詹姆斯韦伯太空望远镜的合作伙伴，凝视可观测宇宙的边缘，揭示第一代超大质量黑洞，并帮助了解其形成和合并随着时间的推移。它会看到辐射来自早期宇宙网的热气，因为第一批星系正在聚集在一起。
然后它将用于检查钱德拉，XMM牛顿和其他X射线天文台所关注的物体种类：脉冲星，星系碰撞，超新星，黑洞等等。即使是普通的恒星也能发出X射线耀斑，这些耀斑会告诉我们更多关于它们的信息。如果你想看到宇宙是真的，你想用X射线来看它。
X射线望远镜与哈勃等可见光天文台不同。你不能只有一面能够反射X射线的镜子。相反，你使用掠射镜，它可以轻微地重定向撞击它们的光子，将它们探测到下一个探测器。
钱德拉X射线天文台的艺术插图。 钱德拉是有史以来最灵敏的X射线望远镜
Credit：NASA / CXC / NGST
使用3米的外部反射镜（漏斗的起始部分），它可提供50倍到100倍的灵敏度，16倍的视野。
起源太空望远镜
接下来，起源太空望远镜或OST。 像詹姆斯韦伯和斯皮策太空望远镜一样，OST将成为一台红外望远镜，旨在观测宇宙中一些最酷的物体。 但它会更大。 虽然詹姆斯韦伯有一个6.5米的主镜子，但OST镜子将跨越9.1米。
想象一下望远镜几乎与地球上最大的地面望远镜一样大，但是在太空中。
起源太空望远镜（OST）的概念图
Credit：NASA / GSFC
它不会很大，它会很冷。
美国宇航局能够将斯皮策冷却到5开尔文，这比绝对零度高5度，并且比宇宙的背景温度稍微暖和。他们计划将OST降至4开尔文。这听起来差不多，但这是一个巨大的工程挑战。
他们不需要像斯皮策一样用液氦来冷却太空船，而是需要分阶段地将热量散发出去，反射器，散热器以及仪器本身周围的低温冷却器。
凭借巨大的冷红外望远镜，OST将超越詹姆斯韦伯。它将展望第一颗恒星形成的时代，这是天文学家称之为黑暗时代的时代。它会看到行星系统的形成，尘埃盘和直接观察寻找生物印记。
三个令人兴奋的使命，将推动我们对宇宙的了解。
LUVOIR
LUVOIR，或大型紫外/光学/红外测量师。詹姆斯韦伯将成为一个强大的望远镜，但它是一种红外仪器，用于观察宇宙中较冷的物体，如初期的红移星系或新形成的行星系统。起源太空望远镜将成为詹姆斯韦伯的更好版本。
LUVOIR将成为哈勃太空望远镜的真正继承者。这将是一个巨大的仪器，能够看到红外线，可见光和紫外线。
大型紫外/光学/红外测量（LUVOIR）空间望远镜的概念图
Credit：NASA / GSFC
该望远镜有两种设计。其中一个8米长，可以在Falcon Heavy等重型火箭上发射。另一种设计将使用跨越15米的太空发射系统。这比最大的地球望远镜大50％。请记住，哈勃只有2.6米。
它将拥有广泛的视野和一套过滤器和仪器，天文学家可以用它来观察他们想要的任何东西。它会配备一个日冕像我们前面谈到，直接观察行星和掩盖它们的恒星，光谱仪找出哪些化学物质存在于太阳系外行星大气等。
LUVOIR将成为通用仪器，天文学家将用它来发现天体物理学和行星科学领域的发现。但它的一些功能包括：直接观测系外行星，寻找生物信号，分类摆在那里所有不同类型的太阳系外行星，从热木星到超级地球。
它能够更好地观测太阳系内的物体，如果我们在那里没有太空船，那么LUVOIR将是一个非常好的视角。
从哈勃望远镜和LUVOIR看到的土卫二
Credit：NASA
它将能够看到宇宙中的任何地方，看到比哈勃小得多的结构。它会看到第一个星系，第一颗恒星，并帮助测量宇宙中暗物质的浓度。
天文学家仍然不完全了解当恒星聚集足够的质量爆发时会发生什么。 LUVOIR将研究恒星形成区域，通过气体和尘埃，看到恒星形成的最早时刻以及绕行它们的行星。
本月早些时候，美国宇航局宣布，从事这些太空望远镜工作的特派团规划人员需要将其预算限制在三十亿至五十亿美元之间。到目前为止，规划人员没有任何指导方针，他们只是设计可以完成科学研究的工具。工程师一直在制定任务计划，该计划很容易跨越50亿美元用于HabEx，Lynx和OST，并正在考虑为LUVOIR提供200亿美元的更大规模。
尽管国会一直在为NASA推出惊人的大预算，但航天局希望其计划者保守。因为詹姆斯韦伯已经变得超预算。詹姆斯韦伯本来应该花费三十五亿美元，并于2007年到2011年间推出。现在看起来可能在2020年推出，成本已经超过了国会授权的88亿美元预算，而且很明显还有很多未完成的工作。在最近的一次摇晃测试中，工程师发现了震动的望远镜的垫圈和螺丝。
这些望远镜中的一个，两个甚至所有望远镜最终都会建成。科学家们认为这对于下一步天文学发现来说是最重要的，但是要为预算战争，成本超支和延长时间表做好准备。 在2035年，按时间和预算将所有四台望远镜放在一起，一起发射到太空将成为工程奇迹。
本文来源：
https://www.universetoday.com/139461/what-comes-after-james-webb-and-wfirst-four-amazing-future-space-telescopes/
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