两个大宝贝，让天文学家操碎了心！

左右为难，令天文学家纠结的两个大宝贝！

鱼和熊掌，怎能兼得？

是巨型麦哲伦天文望远镜？还是30米天文望远镜？天文学家们可能面临着史上最艰难抉择。或许你会说：这有什么，让天文学家吵个结果出来不就行了？很可惜，不行，因为这两台专业天文望远镜都已经在建造之中。

图1：艺术家绘制的美国-欧洲大型天文望远镜，三十米望远镜（TMT）和巨型麦哲伦望远镜（GMT），图中两台望远镜正开启激光导星（LSG）

目前的美国天文学界弥漫着一些紧张气氛，究其缘由，是一些非常大型的专业天文望远镜引发。事情是这样的，美国国家科学基金会（NSF）是两个强大的新一代天文台的主要资金来源，两台望远镜都指望着NSF的经济支持。然而，NSF正面临着只能建造一台天文望远镜的压力。上个月，NSF的咨询委员会，即国家科学委员会（NSB）建议将建设大型天文望远镜预算控制在16亿美元。这是一个可观的数额，但对于两个天文望远镜来说就显得杯水车薪了。委员会表示，NSF必须在今年5月之前决定批准最终建设哪个望远镜。

尴尬的是，两个天文望远镜都已经在建造中，它们同等重要，并且本应该一起配合着工作，如此才能实现天文学家们雄心勃勃的天文梦想。它们俩身形硕大无比，在很多方面预计将超越价值100亿美元詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）。是的，超越那个金光闪闪有着银色护盾正在距离地球百万英里处高速运行以搜索深空珍宝的先驱者。我们已经习惯于看到以前人类无法想象的事物，总在憧憬着更加宏大美好的东西。

“据我所知，没有一台天文望远镜能够在没有美国国家科学基金会（NSF）投资的情况下继续推进建设”，凯克天文台（Keck Observatory）首席科学家约翰·奥米拉（John O'Meara）在接受《太空网》采访时表示。“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’，现在我依旧如此认为”。

两个天文望远镜中的一个是巨型麦哲伦望远镜（GMT），项目建设成本约为254亿美元，正在智利晴朗的沙漠中逐步成形。另一个则是“30米望远镜”（TMT），它的选址存在争议。TMT计划安装在夏威夷一座名为莫纳克亚的火山山顶上，这座壮丽的火山湿度低且风力轻柔，具备非常出色的天文望远镜建设条件。但当地人反对这一方案，因为这座山峰在夏威夷原住民文化中具有极其重要的意义。该地区已有13个望远镜，一些当地人认为这些设施正在影响自然环境进而引发建设争议。TMT的建设成本预计与GMT相当。

“它们很贵”，负责为GMT提供大量私人资金的卡内基学会（Carnegie Institution for Science）主席埃里克·伊萨克斯（Eric Isaacs）告诉《太空网》（Space.com）。“NSF（美国国家科学基金会）并非负担不起，但他们必须调整预算并且决定GMT建设是优先事项”。

图2：艺术家绘制的位于夏威夷冒纳凯亚火山顶的30米望远镜的示意图。（图片来源：TMT）

目前，两支望远镜建设团队仍在等待决定，并保持着乐观的态度。

“我们的国际团队将竭尽所能以成功完成价值25亿美元的巨型麦哲伦望远镜（Giant Magellan Telescope）”GMT团队告诉《太空》杂志。

“我们对国家科学基金会（NSF）的咨询委员会（National Science Board）向NSF提出的建议很感兴趣，我们渴望与NSF合作以提升美国新一代天文学家的领导地位” ，TMT的一位发言人告诉《太空》杂志。

伊萨克斯承认，由于国家科学委员会关于16亿美元预算的建议，两个望远镜建设项目间的确存在竞争。但他强调，各团队目前保持着一致的立场。“我们团结一致，我们原本希望NSF能在这个时候拿出决定，但他们似乎才刚刚意识到这一点”。

望远镜伙伴

之所以将两台望远镜设计为一对搭档，关键原因是它们是互补的，即两台望远镜能补足彼此的短板，二者联手，则可以描绘出宇宙的全貌。

GMT将负责南半球的观测任务，而TMT则负责北半球。两者在某些方面还可以相互补充。它们将形成一种“接力赛”的默契。这样一来，在携手穿越宇宙的过程中，这些望远镜将能够执行的科学任务将是现有的天文望远镜所无法相比的。你可能会好奇，一个地面望远镜如何能观察到太空望远镜JWST无法看到的事物？答案很简单，地球上的望远镜可以比太空中的望远镜更大，至少目前是这样的。

图3：美国-欧洲天文台的重叠观测覆盖范围为美国天文学家提供了从南半球的巨型麦哲伦望远镜和北半球的30米望远镜全天候的观测机会。这两个站点的时间差将增加该系统的时间域天文学能力

TMT计划拥有一个直径为30米（100英尺）的主镜，目前刚刚完成了其492个镜片中的第100个抛光工作。GMT则将拥有7个宽为27.6英尺（8.4米）的镜片，排列成类似六瓣雏菊的图案，形成一个单个宽83.3英尺（25.4米）的光收集表面。镜面越大，收集到的光线就越多；收集到的光线越多，就能看得越深远，能探测到更暗的天体。

TMT团队在一份声明中表示，“TMT将提供比哈勃太空望远镜清晰度高12倍以上的图像，比詹姆斯·韦伯太空望远镜清晰度高4倍以上”。

“这些将是未来几十年的观测工具”，伊萨克斯说。

此外，由于这两个地面观测站都位于地球上，因此它们可以随着时间的推移进行调整。宇航员不可能在短时间内飞越百万英里到达詹姆斯.韦伯太空望远镜所在的拉格朗日点2号对其进行调整。哈勃太空望远镜位于近地轨道，在以前是可以进行维护的，这已经是一项足以在几十年后依旧庆祝的壮举了。

为什么美国政府对太空感兴趣

国家科学委员会的建议在政治领域引发波澜，并成功地作为遭遇棘手问题的行业领导者登上新闻头条，真是一件神奇的事情。

欧洲南方天文台的巨型望远镜项目（不无讽刺地命名为“超大望远镜”）正在稳步推进；中国也有建造自己的“星际桥梁”的计划。这两个天文望远镜本应代表美国天文学的一大飞跃，同时也是美国天文学家的一大进步，建造受阻却引发了担忧。

“从我们的角度来看，最重要的是至少要建造一座月球基地”，伊萨克斯说，“如果我们不这样做，我们就会被淘汰出局，而中国和欧盟将继续前进。我们当然希望在此时提倡建造两座天文望远镜，因为这会让我们保持领导地位”。

实际上，在国家科学委员会提出16亿美元的建议后不久，国会就发布了2024财年的拨款法案。在这份法案中，国会表示希望美国通过“美国超大望远镜”(USELT)项目达成“双超大型望远镜里程碑”，但没有说明具体愿意投入的资金水平。有趣的是，该法案确实提到美国国家科学基金会（NSF）的总预算为90.6亿美元。然而，到目前为止，对于望远镜项目而言，国家科学委员会（NSB）的数字（16亿美元）仍然是科学家们唯一需要考虑的数字。

“我认为那个数字传递了一个信息” ，伊萨克斯说，“我的意思是，我们大约只筹集到了所需资金的三分之一，如果没有NSF的参与，我们还是无法建造望远镜，因为从富有的私人人士那里筹集到这笔资金也是相当困难的。TMT也是同样的情况” 。

然而正如伊萨克斯所言，16亿美元并不是凭空得出的数字。他指出，“这不是一个神奇的数字，这是最初出现在《天文2020》报告中的数字”，这又使得情况具备更多的复杂性。

简而言之，“Astro2020”指的是一个非常详细的计划，概述了美国在2020年代的天文学和天体物理学的优先事项。因此，它也被称为“十年战略调研报告”。它是由国家科学、工程和医学科学院编写的，对于这场文学界而言最重要的是，“Astro2020”大力主张至少建造一台大型望远镜，理想情况下建造两台，GMT和TMT。

“‘Astro2020’报告并不是单纯的建议，它是一个非常强硬的声明” 伊萨克斯强调。

“‘Astro2020’委员会提出了我们需要何种工具以及如何负责任地建造和使用这些工具的远大愿景” ，奥米拉说，“我认为我们可以迎战这一挑战，并与国会合作，将USELT作为双镜项目资助来源。否则，美国的领导地位将面临风险”。

然而，“Astro2020”报告中NSF应该为该项目投入18亿美元。这个问题源于“Astro2020”有些过时了。该报告发布于2021年，从那时到现在成本已经上升。

“下一代望远镜项目已经变得如此庞大和雄心勃勃，因此需要大量的协调和规划” ，波士顿大学天文学与物理学助理教授迪隆.布劳特（Dillon Brout）告诉《太空》杂志，“尽管这一决定确实令人难以接受，但令人称赞的是，NSF决定尽早做出决定”。

“这是NSF在设施建设和运营方面不常采用的投资规模”，奥米拉说，“不过，科学研究需要这些烧钱的望远镜的功能”。

纳税人的天文学

由于立场的不同，当我们真正静下心来思考时，可能会对现状感到很尴尬。NSF的钱是公共资金，是纳税人的钱，也就是我们的钱。这一话题引发了许多类似的有趣讨论，关于建造望远镜的难题引发了如何为科学研究提供资助的思考，我们这群科技爱好者，但同时也是纳税人，对我们而言这样的科研投资究竟意味着什么？

布劳特说：“当天文学研究经费成为公众讨论的话题时，我们必须利用这一机会重申继续为这些揭开宇宙前所未见深度的努力提供资金支持的重要意义。如果美国想要在天文学、天体物理学和宇宙学等领域保持世界领先地位，这一点尤其重要。”

伊萨克斯说，有时他会在餐厅里坐下来思考，如果宣布科学家们发现了外星人，房间里的人会有怎样的反应。他回忆到，“我看着身边的人问，‘如果我能告诉你有外星生命存在，你有什么看法？’他们中的一半人会说，‘哇，太酷了！’另一半人则会说，‘为什么？为什么我们要花这笔钱？我们必须关心地球上的问题。’”

太空探索是否有意义有必要性是个很合理的问题，在过去也曾被多次提出。例如，在谈到NASA的现代阿耳特弥斯月球任务时，我们就会看到这个问题的某种版本被提出来，而在NASA较早的阿波罗月球计划中，这个问题也确实被提出过。在未来的许多年里，我们肯定会看到这个问题被多次提出。

但科学是值得为之努力和付出的。有直接和显而易见成果的医学和气候科学值得，天文学中的恒星科学、黑洞科学和暗能量科学也同样值得。詹姆斯.韦伯太空望远镜无疑帮助身处悲剧和战争的人们感受到一种敬畏之情，而几年前由事件视界望远镜拍摄到的首个黑洞直接图像之所以登上各大新闻媒体的头条，就是因为它确实触动了人们的内心。科学发现可能不会直接影响我们的身体，但它们确实会影响我们的视角。更何况，与每年数百亿美元的国防预算相比，用于科学进步的数十亿美元微不足道。

图4：欧洲南方天文台（ESO）的超大望远镜的艺术效果图。它也在智利建造。（图片由欧洲航天局（ESA）提供）

伊萨克斯说，尽管GMT团队也从包括NASA在内的公共机构获得资金用于建造大型望远镜，但主要来源还是私人资金。在2024财年法案中，NASA的资金分配总额为248.75亿美元，用于“探索太阳系、了解气候变化、促进航空领域的创新与可持续发展，以及保护我们的地球”。

“当宇宙向我们抛出最棘手的问题时，天文学与国会合作，为我们提供了这些研究宇宙的工具，”奥米拉说。正如他所强调的，即将在2025年实现首次观测的鲁宾天文台，计划于2027年发射升空的南希·格雷斯·罗曼太空望远镜，以及已经开始产生成果的丹尼尔·K·井上建太阳望远镜和詹姆斯·韦伯太空望远镜，都是“因为问题重大，所以要大手笔投入”的典型例子。奥米拉说，“我们也应该用USELT来完成这两台天文望远镜的建设。”

其他望远镜，比如凯克天文台，也是通过私人融资建造的，但这些项目的规模没有这么大。凯克天文台的造价达到了数百万美元，但距数十亿美元相差甚远。

“一旦NSF说他们已经参与进来，你就会吸引到所有人的兴趣。目前，我们有14个成员组成的团队，这已经很多了，但我们仍在寻找维持运营的方法”， 伊萨克斯说。

那么，我们接下来会怎么做呢？

看来我们将在五月知道更多，届时NSF会告诉我们他们在幕后讨论了什么。“NSF必须介入，否则会非常困难，” 伊萨克斯说。“当然，我们会同时用其他很多很棒的天文学想法做其他事情，但这是大计划。”

“我想说，天文学目前正处于黄金时代，”他评论道，“在这个时候放弃地面天文学将是错误的时机。”

BY: Monisha Ravisetti

FY: 封博问

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