美國致力於太空天文物理不遺餘力,是世界一哥。最近美國太空總署NASA於去年(2021)12月8日成功發射了NASA的X 射線環繞地極圖像探測器 (IXPE),這個NASA耗資214萬美元、重約330公斤的地極圖像探測器 (IXPE)的任務是執行為期2年、觀察整個宇宙(cosmos)所發出的極化射線,主要是黒洞和中子星的射線,期能讓人類更了解整個宇宙。

更為重大的消息是美國太空總署NASA於去年(2021)12月25日成功發射了「偉伯」天文望遠鏡(James Webb Space Telescope),「偉伯」將在太空奔走29天之後進駐離地球160萬公里的L2地區,執行以前所未有過的深度,探測宇宙的過去,發現更早的恒星的任務。這顆據稱耗資100億美元的衛星天文望遠鏡是NASA有史以來最貴、功能最強的太空望遠鏡。

「偉伯」將取代年久失修的「哈伯」太空望遠鏡(Hubble Space Telescope)。「哈伯」幾經20年的折騰終於1990年由美國太空梭送入離地球約400公里的近地軌道,是NASA當時花費最多(約50億美元),而且可以用太空梭進行維修/補給/更新的太空望遠鏡。太空梭於2011年停止運行之後,「哈伯」無以為繼,預計最多到2024年將完全不堪使用。

而遠在160萬公里的L2地區、發射重6.5噸的「偉伯」,直徑6.3公尺的主鏡面已經成功展開,基本奠定了「偉伯」日後任務的成功。「偉伯」運用最新最先進的科技與設計,有足夠的技術保障,在其終生設計年限之內,是無需也無法進行維修的。

同時大陸中科院已經成功建造了世界最大500米口徑球面射電望遠鏡,簡稱「天眼FAST」,FAST由已故中科院紫金山天文台的天文學家、工程師南仁東領導的團隊歷經多年的可行性研究、立項、選址、設計、施工、驗收、試運轉而建成,這是大陸中科院正確決策的成果,也是南仁東畢其一生精力嘔心瀝血之作。貴州憑其在地球上的優良天然喀斯特巨型窪地以及人為電磁波的相對稀少,雀屏中選為FAST台址,由官方為FAST劃定了無線電靜默區。FAST 於2011年動工興建,於2016年落成進入試運行,於2020年通過國家驗收,正式開放運行 。

建設FAST的挑戰很多很大,南仁東團隊發揮了智慧的腦力激盪與自主創新,讓這些挑戰最終都迎刃而解。其中了不起的技術創新有許多項,例如材料的創新與巧妙運用輕型索支撐饋源系統,將萬噸級的饋源平台減重到數十噸級,方便靈敏度高出世界第二大望遠鏡的2.5倍以上,可以用同樣解析度看到其6.25倍以上遠的視界。

FAST是脈衝星快照巡天的利器,FAST工作1年半所發現的脈衝星數,就已超越美國阿雷西博射電望遠鏡(惜於2020倒塌)15年的發現結果。FAST已在快速射電暴起源與物理機制、中性氫宇宙研究、脈衝星搜尋與物理研究、脈衝星測時與低頻引力波探測等領域取得重大進展。FAST迄今的年觀測時長超過5300小時,共發現脈衝星約500顆,是全球發現脈衝星效率最高的設施。FAST反射面相當於30個足球場大,其建設也為全球開創了建造巨型望遠鏡的全新研製、運轉、與管理模式。

NASA的衛星多頻譜天文望遠鏡「偉伯 J.Webb」,在外太空觀察天文,沒有地球上電磁波干擾,有先天的優勢,但其給地上天文學家使用的時間非常寶貴,可能只有頂尖的機構與學者才有機會使用。

而大陸中科院的FAST已向國際學術交流開放,並且自2022年起保留1%的觀測時間,向全國中小學生進行科普教育,深具遠見,FAST堪稱源遠流長,任重道遠。

(作者為航太工程師)

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