據(jù)美國太空網報道，2018年，美國最新研制的詹姆斯·韋伯空間望遠鏡就將發(fā)射升空，此時此刻，科學家們已經開始著手展望更下一代的空間望遠鏡了。這是因為尖端科技以及大型設備將需要多年，乃至數(shù)十年時間去計劃、建造和發(fā)射，而科學家們不希望等到詹姆斯·韋伯空間望遠鏡快要退役時再做匆忙謀劃。

　　對于望遠鏡來說，口徑越大，其集光能力當然也就越強，從而讓科學家們能夠觀察到更加暗弱的天體。因此毫不意外的，盡管詹姆斯·韋伯空間望遠鏡已經擁有了6.5米的驚人口徑，很多科學家仍然希望在詹姆斯·韋伯之后的更新一代望遠鏡上能夠采用巨大的口徑設計。

　　天體物理學家，美國宇航局前首席科學家約翰·格朗斯菲爾德（JohnGrunsfeld）表示：“當我們尋找地球2.0時，它們的亮度將遠低于哈勃超深場圖像中最暗弱星系的亮度。”作為一名前宇航員，格朗斯菲爾德曾經執(zhí)行過多次在軌道上維護哈勃空間望遠鏡的任務，事實上他也是世界上最后觸摸哈勃望遠鏡的人類。

　　今年4月在美國亞利桑那州梅薩舉行的“天體生物學科學會議”（AbSciCon）上，格朗斯菲爾德呼吁未來建造一臺口徑在12米左右的空間望遠鏡。這樣一臺史詩般的設備如果能夠如愿建成發(fā)射，那將極大幫助我們真正看清太陽系之外，圍繞其他恒星運行的類地行星，還將幫助我們探尋宇宙最初的起源，并對遙遠的恒星與行星目標開展前所未有的深入研究。

　　格朗斯菲爾德表示：“我不希望到時候我們會說，要是有個更大的望遠鏡就好了，那樣才能做出一些重要的發(fā)現(xiàn)。我們需要提前謀劃。”

　　超級望遠鏡

　　在目前各方的議論紛紛之中，作為詹姆斯·韋伯望遠鏡之后的更新一代未來望遠鏡，其有力的競爭方案之一當屬所謂“大型紫外/光學/紅外巡天望遠鏡”（LUVOIR）。這是一個設想中的多波段大型空間望遠鏡，其能夠對系外行星，行星形成與演化進行觀察研究，并探查早期宇宙的秘密。根據(jù)初步設計，其主鏡直徑將達到驚人的30——45英尺（約合9——14米之間），這一口徑設計已經達到了格朗斯菲爾德對于未來空間望遠鏡的設想。

　　在會議期間，LUVOIR望遠鏡科學技術定義小組聯(lián)合召集人德布拉·費雪（DebraFischer）表示：“這的確是非凡的眼界?！彼龑⒃O想中的這款超級望遠鏡評價為“21世紀的空間天文臺”。

　　按照目前的設想，LUVOIR望遠鏡將有能力觀察遙遠星系內部的恒星新生區(qū)域并繪制宇宙臨近空間中的暗物質分布地圖。它還將能夠認證極早期宇宙中的第一縷星光并直接拍攝土星和木星的冰凍小衛(wèi)星表面的噴泉或火山噴發(fā)等現(xiàn)象。從其運行的地球軌道上，LUVOIR望遠鏡將能夠獲取分辨率達到每像素約200米的冥王星以及其他柯伊伯帶天體圖像。

　　對于出席此次AbSciCon會議的科學家們來說，他們對于LUVOIR望遠鏡最大的期待當然是它對于系外行星觀測方面的能力。按照目前設計，這臺超級望遠鏡將讓科學家們可以直接獲取并分析遙遠的系外類地行星大氣成分光譜，從而搜尋生命的痕跡。目前最接近地球的候選目標是Kepler-452b，這顆系外行星圍繞一顆與太陽相似的恒星運行，但其質量要比地球大60%左右。因此，天文學家們目前仍在努力尋找大小與地球更為接近的系外行星，并且希望能夠對其大氣成分進行分析。

　　費雪表示：“生物痕跡就是我們追尋的目標。”基于科學家們目前對于巖石行星在恒星周圍分布情況的了解，費雪認為一臺像LUVOIR這樣的大型望遠鏡，加上能夠遮蔽恒星光芒的人工日冕儀，將是開展這方面研究的有力工具。按照一般概率估算，一臺4米口徑空間望遠鏡應該能夠找到大約6個與地球相近的系外行星世界，而如果這臺望遠鏡的口徑增加到8米，那么它將有望找到25個與地球接近的系外行星世界，而如果是一臺口徑達到16米的空間望遠鏡，那么我們將有可能找到多達100個與地球接近的系外行星世界。

　　這些數(shù)字非常重要，因為并非每一個環(huán)境條件與地球相近的星球都能夠發(fā)展出生命。因此我們的望遠鏡能夠觀察到的這類星球數(shù)量越多，從中找到一個真正擁有宜居條件星球的概率也就越大。

　　費雪表示：“如果宜居行星出現(xiàn)的概率是10%上下，那么屆時我們手里將有30個候選目標，我們可以從中選出可能性最高的那個星球。”

　　另一方面，時間也是重要的考量因素。根據(jù)格朗斯菲爾德的說法，使用一臺口徑16米的空間望遠鏡進行一小時的系外行星搜尋工作，其獲取的結果將相當于一臺口徑4米的空間望遠鏡搜尋10小時的結果。這就意味著在相同的壽命周期內，更大口徑望遠鏡的效率優(yōu)勢將更加凸顯。

　　格朗斯菲爾德表示：“我們將能夠覆蓋到更多候選目標，并從中選出真正的地球2.0?！?

　　得益于科學技術的快速發(fā)展，格朗斯菲爾德與費雪兩人都強調了一點，那就是未來空間望遠鏡的設計很有可能將隨著時間推移而出現(xiàn)重大的變化，甚至是目前還無法想象的變化。關于這一點，哈勃空間望遠鏡就是一個很好的例子。當這臺人類第一個空間望遠鏡在1990年被發(fā)射升空時，科學家們還尚未發(fā)現(xiàn)任何一顆系外行星的存在。但是在今天這個時代，空間望遠鏡必然需要具備探查系外行星大氣層成分的能力，而這是當初的望遠鏡設計者們不可能預見到的需求。未來，LUVOIR望遠鏡也將很有可能重復這樣的故事。費雪說：“它或許將被要求去解答一些我們現(xiàn)在甚至都從未聽說過的問題?！?

　　在軌可維護性

　　在服役的漫長的27年間，哈勃空間望遠鏡身居地球軌道，卻幫助人類洞察深邃的宇宙。在一開始出現(xiàn)儀器故障之后，宇航員們能夠乘坐航天飛機前往太空并對哈勃望遠鏡開展維修和技術升級工作，從而不但使其長期保持良好工作狀態(tài)，甚至還能通過更新設備，不斷提升觀測能力。

　　格朗斯菲爾德表示：“我認為空間望遠鏡的可維護性是非常關鍵的一點。那樣可以讓你得以不斷為望遠鏡更新設備，從而使其持續(xù)升級。”

　　在2010年，美國國會通過一項法案，要求美國未來的旗艦級天文觀測項目都應該具有可維護性。但是即將在明年發(fā)射升空的詹姆斯·韋伯空間望遠鏡將不具有這樣的可維護性，因為它的提出時間遠在2010年之前。詹姆斯·韋伯望遠鏡將被安放在距離地球150萬公里遠的第二拉格朗日點上，在這樣遙遠的距離上，任何在軌維護工作都是不可能進行的。

　　而至于LUVOIR，目前還沒有完全的定論。它最終能否得到批準而真正成形還需要看它與另外一個極具實力的項目——“宜居系外行星成像任務”（HabEx）之間競爭的結果。HabEx項目的注意力主要集中在對類太陽恒星周圍的系外類地行星進行直接成像并對其大氣層性質進行觀測。

　　HabEx望遠鏡將采用直接成像技術，使其能夠直接拍攝遙遠行星世界的面貌。但它的用途也并非完全局限于系外行星研究，它還將能夠開展銀河系內外的多種天體目標。