當(dāng)前聚焦：告別“索菲亞”：天文臺(tái)不能只靠浪漫情懷

聽到“索菲亞”這個(gè)名字，你腦海中的第一印象是什么？端莊美麗的東歐女郎？熱情奔放的西班牙民謠？還是佇立在伊斯坦布爾或者哈爾濱的拜占庭風(fēng)格大教堂？不管是哪一個(gè)，和這個(gè)名字聯(lián)系到一起的一定會(huì)帶有一絲神秘的色彩，充滿了浪漫的氣息。

(資料圖)

其實(shí)，這份浪漫的來源是大型噴氣式飛機(jī)與紅外天文望遠(yuǎn)鏡的完美結(jié)合——平流層紅外天文臺(tái)，英文縮寫SOFIA，也就是“索菲亞”。毫無疑問，一切浪漫與神秘的背后是一段或曲折、或坎坷的動(dòng)人故事。

美國(guó)宇航局的“索菲亞”望遠(yuǎn)鏡

驚艷登場(chǎng)

天文學(xué)家喜歡在孤立高聳的山峰上建造望遠(yuǎn)鏡，既是為遠(yuǎn)離城市的燈光“污染”，也是為盡可能地站在地球大氣層的高處。煙、霧、水蒸氣和其他氣溶膠都會(huì)阻擋光線到達(dá)地面，對(duì)宇宙光譜測(cè)量工作產(chǎn)生干擾，進(jìn)而削弱了地面上進(jìn)行的科學(xué)觀測(cè)的質(zhì)量。

1965年前后，美國(guó)宇航局啟動(dòng)了機(jī)載天文計(jì)劃，對(duì)已退役的大型噴氣式飛機(jī)進(jìn)行改造，搭載天文臺(tái)，飛行在海拔12500米的高度。這樣就可以使天文望遠(yuǎn)鏡的工作高度凌駕于地球大氣層的絕大部分水蒸氣之上，獲得比地面望遠(yuǎn)鏡寬廣得多的紅外觀測(cè)范圍。科研人員認(rèn)為，采用飛機(jī)平臺(tái)要比太空中的衛(wèi)星更有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)轱w機(jī)能夠飛到地球上的任意經(jīng)緯度，以觀測(cè)某一特殊事件。

經(jīng)過幾個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目，計(jì)劃步入高潮——“索菲亞”于1996年由美國(guó)宇航局和德國(guó)航空航天中心聯(lián)合立項(xiàng)，將1臺(tái)2.5米口徑的卡塞格林式紅外波段望遠(yuǎn)鏡搭載于名為“林德柏林快船號(hào)”的波音747飛機(jī)上。由于將望遠(yuǎn)鏡直接對(duì)準(zhǔn)陽光會(huì)損壞光學(xué)設(shè)備，所以“索菲亞”只在夜間出動(dòng)，執(zhí)行天文觀測(cè)任務(wù)，又得名“噴氣吸血鬼”。

“索菲亞”最與眾不同的部分是后機(jī)身的凸出段。望遠(yuǎn)鏡安裝在飛機(jī)的非增壓艙內(nèi)，在飛機(jī)左側(cè)開了1個(gè)約4.37米寬、5.74米高的門，作為觀測(cè)窗口。美國(guó)宇航局曾驕傲地透露：當(dāng)“索菲亞”的望遠(yuǎn)鏡門在上萬米高空打開時(shí)，機(jī)艙內(nèi)沒察覺到的額外震動(dòng)；門打開后，理論上阻力大增，但實(shí)際只增加2%的耗油量，這充分證明這扇門的空氣動(dòng)力設(shè)計(jì)之優(yōu)秀。

2010年11月30日，“索菲亞”開始進(jìn)行首次完整的科學(xué)研究飛行。不久，它陸續(xù)獲得了木星大氣、獵戶座大星云和星系M82的數(shù)據(jù)。2014年正式投入運(yùn)行后，“索菲婭”的紅外設(shè)備穿透了星系中的塵埃，直接觀測(cè)到年輕恒星的形成，測(cè)量了星系磁場(chǎng)，還在月球的太陽照射面發(fā)現(xiàn)了水的痕跡，甚至探測(cè)到了宇宙中形成的第一種分子——?dú)浠ぁ?/p>

除了保證自由的觀測(cè)時(shí)間和便于維護(hù)外，“索菲亞”能夠立項(xiàng)的更主要的原因就2個(gè)字——省錢。和動(dòng)不動(dòng)投入幾十億美元的空間望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目相比，前期僅投入幾億美元的“索菲亞”怎么看都是物超所值，而改造二手飛機(jī)、與國(guó)外研究機(jī)構(gòu)聯(lián)合工作的行為似乎也將“精打細(xì)算”發(fā)揮到了極致。但隨著“索菲亞”進(jìn)一步投入使用，大家卻突然發(fā)現(xiàn)：“噴氣吸血鬼”逐步變成了“資金吸血鬼”。

左圖：飛行中的同溫層紅外線天文臺(tái)。右圖：機(jī)艙內(nèi)部，負(fù)責(zé)操縱望遠(yuǎn)鏡和分析數(shù)據(jù)的科學(xué)家坐在機(jī)艙后部

“索菲亞”通常從美國(guó)加州帕姆代爾的美國(guó)宇航局基地飛行，攜帶1組科學(xué)家和技術(shù)人員，每晚觀察天空8～10小時(shí)。偶爾，它也會(huì)遷移到新西蘭，研究南方天空的目標(biāo)，比如銀河系的中心。每年“索菲婭”約進(jìn)行100次任務(wù)，每次任務(wù)耗資將近100萬美元。美國(guó)每年為該項(xiàng)目提供8500萬美元，德國(guó)提供2000萬美元，僅次于哈勃太空望遠(yuǎn)鏡，是天體物理學(xué)中第二昂貴的運(yùn)營(yíng)任務(wù)。

作為最著名的空間望遠(yuǎn)鏡，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的科學(xué)產(chǎn)出十分可觀。2014～2019年，也就是“索菲亞”運(yùn)行時(shí)期的前6年，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡幫科研團(tuán)隊(duì)發(fā)表了900多篇科學(xué)論文?！八鞣苼啞钡馁Y金投入接近哈勃太空望遠(yuǎn)鏡，科學(xué)產(chǎn)出“理應(yīng)”并不遜色，結(jié)果卻是令人失望的。

2019年，美國(guó)宇航局審查發(fā)現(xiàn)，“索菲亞”并未產(chǎn)出大量被頻繁引用成果。同樣是在2014～2019年，它僅幫科研團(tuán)隊(duì)發(fā)表了178篇科學(xué)論文，平均每年只發(fā)表21篇，在包括29個(gè)地面望遠(yuǎn)鏡和哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的列表中排名倒數(shù)第二。至于影響力，以論文引用次數(shù)衡量，“索菲亞”排名最后，可以說是世界上效率最低的望遠(yuǎn)鏡。

報(bào)告中還透露，“索菲亞”的管理人員試圖最大限度地增加用于觀察的時(shí)間，以至于它啟動(dòng)了過多的觀測(cè)項(xiàng)目，其中許多項(xiàng)目從未完成。在“索菲亞”運(yùn)行期間，只有40%被指定為高優(yōu)先級(jí)的提案最終完成。

正是因?yàn)椤案叱杀?、低產(chǎn)出”，“索菲亞”幾乎每年都會(huì)成為美國(guó)聯(lián)邦科學(xué)預(yù)算中首當(dāng)其沖被叫停的項(xiàng)目。每年這個(gè)時(shí)段，“索菲亞”就會(huì)停機(jī)入庫(kù)，“忐忑”等待自己未來的命運(yùn)。

當(dāng)然，類似的問題不止出現(xiàn)在“索菲亞”身上。在今年3月提出的2023年美國(guó)聯(lián)邦預(yù)算申請(qǐng)中，火星冰繪制者項(xiàng)目、毅力號(hào)漫游者火星樣本返回地球任務(wù)、近地天體探測(cè)任務(wù)、南希·格蕾絲·羅曼太空望遠(yuǎn)鏡等項(xiàng)目或被叫停，或遭延期。

近日，情理之外卻又在意料之中的消息終于傳來：美國(guó)宇航局和德國(guó)航空航天中心宣布將永久關(guān)閉“索菲亞”，這臺(tái)計(jì)劃運(yùn)行20年的機(jī)載平層紅外天文臺(tái)的浪漫之旅在第8個(gè)年頭就草草地落下了帷幕。

“索菲亞”的故事告訴我們：作為大科學(xué)裝置，即使有著足以震撼宇宙的浪漫情懷，如果不能在科學(xué)層面做出足夠的貢獻(xiàn)，它的結(jié)局也只能以悲劇收尾。

標(biāo)簽： 哈勃太空望遠(yuǎn)鏡 這個(gè)名字