下一代的星空探测

　　电脑技术的发展日新月异，有些软件几乎每天都要升级或更新，天文技术的发展也是如此。自适应光学、更高效的探测器、更强大的储存能力都是先进的天文技术所带来的成果，标志着天文学研究中的变革。人们对未来天文学的激情丝毫不亚于探索更遥远宇宙的激情。因此，为圆满完成我们的宇宙之旅，让我们展望一下今后10年甚至更长一段时间内将要实施的探测计划。

　　继续探测火星

　　火星将受到垂青。虽然一些火星的热心家希望人类能在几年内踏上火星，但实际上或许要到21世纪20年代甚至30年代之后人类才可能实现这一愿望，迈出踏上行星的“第二大步”。在此之前，人类仍将继续对火星进行遥测。火星是地面望远镜和（在绕地球轨道上的）哈勃空间望远镜的重要观测对象，热心的观测者们，包括专业的和业余的，将继续测绘火星表面的亮度变化、极冠季节变化以及席卷全球的周期性尘暴。

　　继近年来火星探路者号探测器、火星全球勘测者号轨道探测器、火星奥德赛号探测器成功地对火星进行实地探测之后，今后几年人们将发射一系列火星探测器，用来对火星的表面进行绘图并在火星上漫游。最近已发射的火星探测器包括“火星快车号”和两艘火星探险漫游车。其他的火星探测计划仍未确定，但有一个火星侦察轨道器已在工作，并将在2010－2020年实施取样返回计划。

　　由欧洲空间局、意大利空间局研制的火星快车号探测器于2003年发射，它在环火星的椭圆形轨道上飞行，对火星表面进行拍摄，并传回火星的各类地质、气象、大气等数据，为科学家在火星上寻找“水”提供尽可能的数据支持。火星快车号探测器携带了7台科学仪器，包括由英国研制的着陆器“猎兔犬2号”。火星快车号探测器抵达火星轨道后，它携带的猎兔犬2号着陆器将与其分离，登陆火星。猎兔犬2号着陆器将采集火星土壤和岩石样本，收集火星大气温度、气压和风速等有关数据，并将收集到的信息发送回地面，以帮助科学家确定这颗红色行星上是否存在或曾存在过生命(译注：这艘探测器现已失去联系，着陆失败)。

　　两艘火星探险漫游车(译注：即“勇气号”和“机遇号”)在火星的不同地点着陆，每天在火星表面漫游约200米，如果一切顺利，漫游车将会进行至少90个火星日的科学探险。它们的主要目的是在大量的岩石和土壤中寻找火星上过去有水活动的线索，首先将拍摄彩色全景图像和红外全景图像，就像火星探路者号探测器在1997年登陆时所做的那样。

　　根据火星探险漫游车发送回来的图像和光谱，科学家将指令它们探测过去已经呈现出被液态水侵袭的那些岩石和表土，并对它们的成分进行研究。随着研究任务的进行，两艘火星探险漫游车将离着陆点越来越远，在更大的范围内进行探测，它们在一天内的行程比在1997年着陆火星的索杰纳号火星车整个寿命期(77天)的行程还多。

　　火星侦察轨道器将在环绕火星的轨道飞行中拍摄高分辨率的火星图像。像其他火星探测器那样，搜寻火星上的水资源是火星侦察轨道器最为重要的任务，但它还有另外一项重要任务——搜寻合适的着陆点。在火星侦察轨道器所携带的仪器中，包括一台可视立体成像摄像机(它可以拍摄火星表面的三维精确图像)、一架可见光—近红外光谱仪(用于研究火星表面的成分)、一个辐射计(测量火星的温度)和雷达(寻找火星的地下水)。

　　彗星和小行星的空间探测

　　由于对太阳系进行探测的第一波热潮已经扩大了我们对行星、卫星和环系的视野，因此我们未来的探测将更侧重于仅仅曾经注意的一些天体——彗星和小行星。它们不再只是在太阳系内游荡的杂物——一些小岩石块和冰块，而是成为了我们可以用来研究早期太阳系环境条件的天然探测器，它们可以提供有关太阳和行星形成环境的线索。它们既是我们了解古老过去的“钥匙”，又是我们探测宇宙的新前沿。

　　人们已经发射了两艘彗星探测器。星尘号彗星探测器已经近距飞越5535号小行星安尼弗兰克，并于2004年1月与威尔德2号彗星实现了历史性的“亲密接触”。深度撞击号飞船于2004年1月发射，前往坦普尔1号彗星，它将射出一个撞击体在该彗星上撞击出一个坑，并对因撞击而抛出的彗星物质进行研究。

　　小型望远镜观测计划作为“深度撞击”计划的一个小的组成部分，把业余天文学家、专业天文学家及个人天文台联合到一起，在整个任务期间对坦普尔1号彗星进行观测，以获得完整的、有价值的地面光学观测资料，与“深度撞击”科学家小组所得到的资料进行配合和互补，以测定彗核的自转和尘埃产生率。所有这些信息对于“深度撞击”科学家小组建立彗星的环境模型是至关重要的，而通过建立彗星的环境模型，科学家小组就可以准确地标明所要撞击的彗星的具体位置和形状以及飞船拍摄到的彗星位置和形状。

　　或许最令人兴奋的彗星和小行星探测器是欧洲空间局的罗塞达号飞船，它以著名的罗塞达石碑而命名。由于故障，罗塞达号飞船的发射几经推迟，最后终于在2004年3月2日发射成功，并将于2014年8月进入绕丘留莫瓦—格拉西梅科彗星的轨道，观测彗星1年以上，同时分离一个着陆器缓缓降落到该彗星表面，实地探测彗核的化学成分以及绕太阳公转过程中彗星活动的变化，并把探测信息发送到地球。除了探测丘留莫瓦—格拉西梅科彗星之外，罗塞达号飞船还将飞越并探测两颗小行星：Steins和Lutetia，并将于2015年12月返回地球。

　　哪里存在另外的地球

　　除了行星，下一个十年的天文学任务将是着重“挖掘”宇宙中最深暗处的更多信息。既然我们知道如何和在哪里找寻恒星诞生，因此合乎逻辑的下一步是，例如，搜寻跟恒星一起形成的行星。现今已发现的“热的木星”（在环绕其他恒星的轨道上运行的气体巨行星）数目有200多个。然而，因为种种原因，这些行星不像是生命可以繁衍的地方。天文学家想发现更像地球这样可能存在生命的世界。

　　开普勒号探测器将于2006年发射，它将在环绕太阳的轨道上追随地球运行，扫描和观测太阳的近邻恒星，寻找这些恒星可居带内或其附近的与地球大小相仿和更大的行星。可居带是指离一颗恒星的适当距离范围——那里的行星表面可以存在液态水。当太空探测器的敏感仪器发现这些行星时，将按它们的大小、质量、密度、绕其恒星周的轨道运动周期分类编表。探测器将会怎样发现这些行星？众所周知，恒星近旁的行星是难以看到的，实际上，几乎不可能观测到小于木星的行星。然而，当一个小天体（例如，地球大小的行星）从一颗恒星前面经过（称为“凌”恒星）时，就会挡住一些恒星的光。对于使用很灵敏的仪器的远距离观测者来说，该恒星在“凌”时显得暗了一会儿。一经检测出该恒星的光变不是由其自身原因产生的，而是因为有行星“凌”它所致，那么，从光变曲线的研究就可以计算出行星的轨道和大小。开普勒号探测器上的主要仪器是口径0.95米的灵敏光度计，它观测105平方度的星场，一次可以检测10万颗主序恒星。

　　加入搜寻宇宙中最偏、最远和最老的天体的有韦伯空间望远镜，它是运行多年的哈勃空间望远镜的继任者。如果一切顺利，韦伯空间望远镜将取代哈勃空间望远镜。韦伯空间望远镜有口径6米的活动光学组合物镜和最佳的红外仪器，观测遥远的星系（它们的辐射位移到红外波段）。韦伯空间望远镜号称探测宇宙“第一光束”的仪器，因为它将让天文学家第一次看到年龄和尺度都很小（与现在相比）时期的宇宙。

　　科学家想用这个著名的天文台洞察宇宙的最遥远区域，它也有很高的灵敏度来观测银河系中最老、最暗的恒星及最冷的恒星形成摇篮区，甚至有能力对环绕其他恒星的行星进行光度学探测。跟哈勃空间望远镜有所不同，韦伯空间望远镜不是放在较低的绕地球轨道上，而是放在150万千米远的所谓拉格朗日点的轨道位置上。

　　开辟观测星空特大视场

　　地面天文学家正在大胆地进行一些宏伟的探测计划，其中之一是OWL计划，即OverWhelminglyLargetelescope——特大望远镜。这个庞然大物还在设计阶段，如果一切顺利，最早到2012年它会张开它的100米光学和红外巨眼监视星空。目前，欧洲南方天文台正在做一项初步研究。如果像计划的那样建造它，天文学家将能够从事恒星和行星系形成的长期研究。探索其他恒星的行星系将继续现今的搜寻脚步和开普勒号探测器所做的工作。除了我们的银河系，特大望远镜将能够扩展对宇宙最深远区域的洞察，找到最早的恒星和星系的诞生过程。

　　在建造特大望远镜之前，下一代的大面积射电望远镜阵会良好地进入运行。阿塔卡玛大型毫米波天线阵列建造在智利安第斯山脉海拔5000米高处，现今已经架设一些初型的样机天线，全部建成后将至少拥有64个直径12米的天线。它的观测目标将包括宇宙中气体、尘埃和固体的热辐射。目前，这些辐射只可能从太空进行低分辨率的观测。

　　另一个独特的地面射电观测设备——低频阵列正计划在2006年开始科学观测。26000个天线的阵列正在设计，它们将以10兆赫到250兆赫的射电频率扫描星空，设法更进一步了解发射此频率范围的射电源（包括宇宙射电暴、合并的星系、射电星系、类星体）。在理论上，射电阵列可以用来探索早期宇宙和测绘宇宙微波背景的涨落网。在太阳系中，木星、日冕物质抛射甚至地球电离层可能是对低频阵列射电接收机的公平考验。

　　天文学最热门的研究领域之一就是搜寻暗物质。这种人们尚未见过但具有效应的“东西”的性质仍是未知的。显然它是暗的，或者至少是如此之暗，以至于没有现行工具可以直接看到它。但是我们可以根据它的引力效应而推断它的存在。如果我们只用一架望远镜去搜寻暗物质，那会怎样？“大型综合巡天望远镜”就是这样一架地面望远镜，它的使命已从搜寻不发光物质扩展到包括搜寻近地小行星。它的口径达8.4米，有3个反射镜，将是观测星空260平方度的特大现场。与高速计算机连接，“大型综合巡天望远镜”得到的数据可以提供近的和远的很暗天体的高品质像。它将是直接观测宇宙中暗物质的最大巡天望远镜之一。

　　摘自《宇宙新视野》[美]C·C·皮特森等著胡中为刘炎译湖南技术出版社2006年版48.00元