为什么美国天文学家现在担心两台主要望远镜

独孤一山隙

一位艺术家在打开激光引导星（LSG）的情况下对US-ELTP三十米望远镜（TMT）（左）和巨型麦哲伦望远镜（GMT）（右）的渲染图

（）据美国太空网（Monisha Ravisetti）：美国天文学界现在有点紧张，也许毫不奇怪，这与望远镜有关——事实上是超大的望远镜。下面是发生的事情。

美国国家科学基金会（NSF）是两个强大的下一代天文台一直指望的公共资金来源，它正面临着只使用一台望远镜的压力。这是因为上个月，国家科学委员会——基本上是美国国家科学基金会的一个咨询委员会——建议将其巨型望远镜的预算上限定为16亿美元。这是一大笔钱，但对两者来说都不够。该委员会甚至表示，美国国家科学基金会将在今年5月之前决定哪台望远镜获得批准。

然而，这两台望远镜都已经在建造中，两者都同样重要，而且实际上都应该共同努力，实现天文学家的远大梦想。由于它们的巨大性，预计它们将在许多方面甚至超过价值100亿美元的詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）。这就是现在坐在距离地球100万英里的地方的金镜银屏开拓者，他如此迅速地发现了深空宝石，这让我们看到了人类曾经无法理解的东西。想象一下更好的东西。

凯克天文台首席科学家John O'Meara告诉Space.com：“据我所知，如果没有美国国家科学基金会的投资，今天的两台望远镜都没有前进的道路。我在其他采访中说过，‘伟大的愿景应该推动伟大的预算，而不是相反’，我相信这一点。”

其中一个大型望远镜是巨型麦哲伦望远镜（GMT）。当你在智利清澈的滑雪沙漠中读到这篇文章时，它正在形成，预计总成本约为25.4亿美元。另一个被称为三十米望远镜（TMT）。那个的位置有点争议。计划装饰夏威夷一座名为毛纳基亚的山，但当地人对此决定表示抗议，因为这座令人惊叹的火山峰拥有低湿度和温和的风（完美的天文条件），在夏威夷本土文化中极具意义。这是一个令人担忧的情况，因为该地区已经有13台其他望远镜，一些当地人说这些设施正在影响自然环境。然而，就成本而言，预计金额与格林尼治标准时间大致对称。

卡内基科学研究所（Carnegie Institution for Science）主席埃里克·伊萨克斯（Eric Isaacs）对Space.com表示：“它们很贵，并不是说美国国家科学基金会（NSF）做不到，但他们必须改变现状，并决定这是一个优先事项。”



夏威夷莫纳卡火山峰顶上三十米望远镜的艺术家插图。（图片来源：三十米望远镜）

截至目前，两名望远镜工作人员在等待决定时似乎仍抱有希望。

GMT团队告诉Space.com：“我们的国际财团完全致力于成功完成耗资25.4亿美元的巨型麦哲伦望远镜。”。

TMT的一位发言人告诉Space.com：“我们饶有兴趣地阅读了NSB向NSF提出的建议，并渴望与NSF合作，为下一代天文学家提升美国在天文学方面的领导地位。”。

Isaacs承认，由于16亿美元的宣布，存在一些自然的竞争，但总的来说，他强调球队有一个统一战线。“我们在一起，”他说。“我们希望美国国家科学基金会在这一点上能拿出任何东西，他们真的意识到了这一点。”

望远镜朋友

有一个关键的原因，这些望远镜是注定要成为伙伴。每个人都能找到对方缺失的部分；他们可以一起描绘出宇宙的全貌。

南半球的GMT将随时待命，而北半球的TMT将随时待命。两人都有互补的专业知识。TMT可以做一些事情，GMT不会像训练的那样。但GMT可以从TMT在其他方面的失误中恢复过来。标记团队氛围。通过这种方式，当望远镜手牵着手在宇宙中行走时，它们应该能够执行科学——我们目前在天空上的机器人眼睛根本无法与之竞争。你想知道，地基望远镜怎么能看到太空JWST无法看到的东西？快速的答案是，我们星球上的望远镜可能比太空中的望远镜更大。至少就目前而言。



US-ELTP的重叠观测覆盖范围为美国天文学家提供了南半球的巨型麦哲伦望远镜和北半球的三十米望远镜不受限制的全天空访问。两个地点之间的时区分离将提高系统的时域天体物理学能力。（图片来源：US-ELTP（TIO/NOIRLab/GGMTO））

TMT刚刚完成了492个镜面部分中的第100个，计划拥有一个直径（显然）为30米或100英尺的主镜。GMT将有七个27.6英尺宽（8.4米）的镜段，以类似六瓣雏菊的图案定位，形成一个83.3英尺宽（25.4米）的集光表面。镜子越大，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，你能拾取的物体也就越暗。

TMT团队在一份新闻稿中表示：“TMT将提供比哈勃太空望远镜清晰12倍以上、比JWST清晰4倍以上的图像。”。

“这些是未来几十年的工具，”Isaacs说。



七个圆镜被脚手架砸坏了。（图片来源：GMTO Collaboration）

此外，这两个地面天文台都可以随着时间的推移进行调整，因为它们在我们的星球上。一群宇航员不可能精确地行驶100万英里到达JWST所在的拉格朗日点2，来修理机器。哈勃太空望远镜由于位于近地轨道，可能会在当天提供服务，但即使如此，这也足以让几十年后的庆祝活动成为可能。

为什么美国政府与明星有利害关系

令人着迷的是，科学委员会的建议如何在政治上引起反响，并成功成为关于该国作为明星领袖的棘手地位的头条新闻。

令人担忧的是，这些望远镜被认为是美国天文学和美国天文学家的一次重大飞跃。

欧洲南方天文台的巨型望远镜项目（统一命名为超大望远镜）已经稳步完成；中国还计划建造一座通往星空的巨大桥梁。

Isaacs说：“在我们看来，最重要的是，让我们至少建造一个。”。“如果我们不这样做，我们就出局了，中国和欧盟（欧盟）将继续下去。但我们现在当然想提倡两个，因为我们认为这确实让我们处于领导地位。”

事实上，在董事会提出16亿美元的建议后不久，国会就发布了2024财年的资金法案。在该法案中，国会表示，希望通过美国超大望远镜（USELT）计划，美国拥有“两个天文台的足迹”，但资金水平没有具体说明。有趣的是，它确实提到，美国国家科学基金会总共将获得90.6亿美元的合作资金。尽管如此，NSB的数字仍然是迄今为止科学家们在望远镜项目中唯一需要解决的问题。

Isaacs说：“我认为这个数字传递了一个信息。”。“我的意思是，我们大约有三分之一的资金，但除非我们让NSF参与进来，否则我们无法建造它，因为很难筹集到这样的资金，即使是从富有的私人那里筹集。TMT也是如此。”



五台形状滑稽的陆基望远镜并排排列在一张对比图中。（图片来源：GMTO Collaboration）

然而，正如Isaacs所指出的，16亿美元并不是一个出乎意料的数字。“这不是一个神奇的数字，”他说。“这是Astro 2020报告中最初的数字。”

这就把我们带到了局势的下一层复杂性。

简言之，Astro2020是指对2020年代国家天文学和天体物理学优先事项的超级详细概述。因此，它也被称为十年调查。这是由美国国家科学院、工程院和医学院撰写的，但最重要的是，对于这部天文学戏剧，Astro2020特别主张至少有一台超大望远镜，“理想情况下”有两台：格林尼治标准时间和TMT。

Isaacs说：“Astro2020的报告不仅仅是一个建议。”。“这是一个非常有力的声明。”

O'Meara说：“十年提出了一个大胆的愿景，即我们需要什么工具，以及我们负责任地建立和使用这些工具的任务。”。“我认为我们可以迎接这一挑战，与国会合作，将USELT作为一个双望远镜项目提供资金。否则，美国的领导地位将面临风险。”

然而，略微矛盾的是，报告称美国国家科学基金会应该在该项目上投资18亿美元。这个问题源于调查有点过时。它于2021年发布；从那时起，成本就上升了。

波士顿大学天文学和物理学助理教授Dillon Brout告诉Space.com：“下一代望远镜项目变得如此庞大和雄心勃勃，因此需要大量的协调和规划。虽然这一宣布确实是一粒难以下咽的药丸，但值得赞扬的是，美国国家科学基金会早晚会做出这一决定。”

O'Meara说：“无论是在建设还是最终运营中，这都是美国国家科学基金会不习惯的投资规模。”。“也就是说，科学需要这些能力。”

纳税人天文学

这种情况有一个方面，当我们真正坐下来思考时，可能会感到谦卑或沮丧，这取决于你的观点。美国国家科学基金会的钱是公共资金，也就是纳税人的钱，也就是我们的钱。

因此，这个话题引发了许多有趣的对话。这个难题说明了我们如何资助科学进步？它对任何对科学感兴趣的人说了什么？

布鲁特说：“当天文学资金出现在公众讨论中时，我们必须利用机会重申，继续为这些努力提供财政支持是多么重要，这些努力将打开我们宇宙中前所未有的深处。”。“如果美国想保持其在天文学、天体物理学和宇宙学领域的世界领先地位，这一点尤其正确。”

Isaacs说，有时他会坐在餐厅里，想知道如果宣布科学家发现了外星人，房间里的人会有什么反应。

他回忆道：“我看着旁边的人说，‘如果我能告诉你另一个星球上有生命，你会怎么想？’”。“其中一半的人说，‘哦，那太酷了。’另一半的人则说，‘为什么？我们为什么要在这上面花钱？我们必须关心我们在地球上的问题。’”

这是一个公平的问题，在过去也被提出过很多次。例如，当涉及到美国国家航空航天局的现代阿尔忒弥斯月球任务时，我们看到了它的一个版本，它绝对是在美国国家航空宇航局的旧阿波罗月球计划中提出的。在未来的岁月里，我们肯定会看到它被提起更多次。

但也许科学是值得的。不仅是医学科学和气候科学，因为它们具有直接、有形的影响，还有恒星科学、黑洞科学和暗能量科学。詹姆斯·韦伯太空望远镜无疑帮助世界各地的人类在悲剧和战争中感受到了同样的敬畏，几年前由事件视界望远镜拍摄的第一张黑洞的直接图像出现在每个主要新闻媒体的头版也是有原因的。太空发现可能不会影响我们的身体，但它们肯定会影响我们的视角。除此之外，与年复一年获得数千亿美元的国防等公共资金相比，数十亿美元用于科学进步是微不足道的。



ESO超大望远镜的艺术家渲染图。它也在智利建造。（图片来源：ESA）

而且，尽管美国国家航空航天局正在为计划中的大型天文台建造一些相关仪器，但私人资金目前正处于领先地位。在某种情况下，美国国家航空局在2024财年法案中的拨款定为248.75亿美元，用于“探索太阳系，了解气候变化，促进航空创新和可持续性，保护我们的星球”

O'Meara说：“当有机会回答宇宙向我们提出的最棘手的问题时，天文学已经与国会合作，为这些工具提供资金。”。正如他所强调的，鲁宾天文台（Rubin Observatory）将于2025年实现首光，南希·格雷斯·罗马太空望远镜（Nancy Grace Roman Space Telescope）将于2027年发射到太空，丹尼尔·K·井上太阳望远镜（Daniel K.Inouye Solar Telescope

他说：“我们也应该与USELT合作。”。

私人资金也用于其他望远镜，比如凯克天文台，但这些项目没有这次那么大。凯克的成本高达数百万，而不是数十亿。

Isaacs说：“一旦美国国家科学基金会表示他们加入，你就会让每个人都感兴趣。目前，我们有14名联合体成员，这是一个很大的数字，但我们仍在寻找入不敷出的方法。”。

那么，我们该何去何从？

好吧，我们似乎会在五月份知道更多，当美国国家科学基金会告诉我们他们在幕后讨论了什么。Isaacs说：“NSF必须加入，否则会非常困难。”。你知道，当然，我们会用天文学中的许多其他伟大的想法做其他事情——但这是一个伟大的想法。"

他说：“我认为天文学现在正处于黄金时代。”。“而且，在这一点上放弃地面天文学将是错误的时机。”