中國將於2020年後發射視場是美國哈勃望遠鏡300倍的太空望遠鏡。宇宙之眼，將讓人類「看到」什麼？

11.6噸重、造價近30億美元的美國哈勃望遠鏡，已在太空服役25年。它的上天，曾是人類太空史的重大事件；服役期間，它功勳卓著——

幫助天文學家將宇宙的年齡精確到130億年至140億年之間，證實了星系中央存在黑洞，發現年輕恒星周圍孕育行星的塵埃盤，拍下了彗星撞擊木星的照片，幫助確認宇宙中存在暗能量⋯⋯

作為第一座太空望遠鏡，它讓人類更清晰地觀察宇宙。但在2011年美國的太空梭退役之後，科學家對哈勃望遠鏡的維護也告一段落。雖然科學家仍然希望它能繼續工作五年到六年，但為它尋找繼任者已是當務之急。

讓人期待的是，中國官方近日宣佈，中國版的哈勃天文望遠鏡已正式立項，將於不久的將來升空。

3月7日，全國人大代表、軍委裝備發展部副部長張育林在接受新華社記者採訪時透露，中國將於2020年後建成「天宮三號」空間站，屆時將發射一個單獨的光學艙，在功能上類似哈勃太空望遠鏡，視場是哈勃的300倍。

這一光學艙將與空間站保持一定距離進行共軌飛行，需要補加推進劑或維護升級時，會與空間站交會對接，由航太員操作。這一設計，有望解決空間天文望遠鏡耗資巨大的維護問題。

事實上，中國在征戰天文望遠鏡之路上，已行進多年。中國的天文學家們，一直希望有一座自己的空間天文望遠鏡，但由於學術界一直沒能達成共識，這座在十年前就被稱為哈勃望遠鏡中國版的天文望遠鏡，一直沒能升空。

好消息是，2016年下半年，中國第一顆天文衛星——硬X射線探測衛星即將發射升空，這個曾經的中國版哈勃望遠鏡即將變成現實。按照計劃，在硬X射線探測衛星升空後，發射一座遠遠超過哈勃的空間望遠鏡，將儘快推進。

未來，中國版的哈勃望遠鏡，將和國際上眾多的哈勃望遠鏡繼任者們一起，繼續為人類開闢認識宇宙的邊疆。

繼承者們

自從1609年伽利略將望遠鏡對準星空，400多年來，望遠鏡作為人類最重要的科學發明之一，深刻改變了人類對宇宙的認識。但是，隨著人類將視線投向更加遙遠的宇宙深處，地面上的望遠鏡不得不面對一個嚴峻的問題：地球大氣層對觀測的幹擾。

天文學家為解決這個問題做了很多努力。他們試著將望遠鏡建在高海拔地區或者渺無人煙的地方，但是大氣對觀測還是會產生幹擾，特別是在某些信號本身就很微弱的情況下，這些幹擾就顯得更加致命。

接下來，他們開始把視線投向太空。如果望遠鏡位於大氣層外，那麼大氣幹擾帶來的所有問題都將迎刃而解。

1990年4月24日發射升空的哈勃太空望遠鏡（Hubble Space Telescope，HST），是人類歷史上第一座太空望遠鏡。

它以天文學家愛德溫•哈勃（Edwin Powell Hubble）的名字命名，在地球軌道上圍繞地球運行。由於它的位置在地球大氣層之上，因此，影像不會受到大氣湍流的擾動，視相度絕佳又沒有大氣散射造成的背景光，還能觀測會被臭氧層吸收的紫外線。

哈勃空間望遠鏡成功彌補了地面觀測的不足，幫助天文學家解決了許多天文學上的基本問題，使得人類對天文物理有了更多的認識。

哈勃望遠鏡是美國國家航空航天局（NASA）大型軌道天文臺計劃（Great Observatories Program）的一部分。該計劃共包括四個太空望遠鏡，除了哈勃望遠鏡，還有康普頓伽馬射線望遠鏡（Compton Gamma-Ray Observatory）、錢德拉X射線望遠鏡（Chandra X-ray Observatory）和斯皮策太空望遠鏡（Spitzer Space Telescope）。

哈勃望遠鏡長13.3米，直徑4.3米，重11.6噸，擁有2.4米的光學口徑，造價近30億美元。

NASA表示，哈勃望遠鏡在對暗能量的研究工作中扮演了至關重要的角色。哈勃望遠鏡關於超新星的資料幫助研究者揭示出，這種神秘力量在宇宙中是持續存在的。

2011年，美國的太空梭退役後，對哈勃望遠鏡的維護工作也告一段落。負責哈勃太空望遠鏡的團隊計劃保持運行直到2020年，屆時它將被計劃2018年發射的繼任者詹姆斯•韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope，JWST）所取代。

JWST擁有高靈敏度紅外觀測能力，其造價超過88億美元，這是美國政府有史以來支持過的耗資最大的科學項目。很多人會將韋伯望遠鏡同哈勃望遠鏡相提並論。但從原理上講，韋伯望遠鏡實際上是斯皮策望遠鏡的繼任者，因為兩台望遠鏡都是觀測紅外波段。

NASA隨後計劃製造的口徑1.3米的寬視場紅外巡天望遠鏡（Wide Field Infrared Survey Telescope，WFIRST），是NASA新一代太空望遠鏡旗艦項目，它利用近紅外波段成像，發射時間定於不早於2024年。

NASA科學任務理事會副行政長官兼太空人約翰•格倫斯菲爾德（John Grunsfeld）說：「WFIRST有著讓我們一睹宇宙之美的潛力，在很大程度上與哈勃望遠鏡類似。這項任務獨特地結合了發現太陽系之外的行星並為之定性的能力，還有以寬視場觀測宇宙深處並揭秘暗能量和暗物質之謎所需的靈敏度。」

和高度570公里的哈勃望遠鏡不同，JWST和WFIRST都將發射到150萬公里的第二拉格朗日點上，這也大大增加了發射成本。不過，這兩者的觀測範圍都不包括紫外波段和多數可見光波段。因此，美國天文學家又提出高清空間望遠鏡（HDST）計劃，他們認為這款望遠鏡能像哈勃望遠鏡那樣全面承擔對可見光、紫外和近紅外波段的觀測任務。

根據美國大學天文研究協會（AURA）發布的報告，HDST計劃安裝10米到12米口徑的主鏡，這是哈勃望遠鏡主鏡的近5倍，也是將於2018年發射升空的韋伯望遠鏡主鏡的近2倍。它將直接探測多顆系外行星的大氣層以尋找生命跡象，並且刷新我們對宇宙如何演變的理解。

此外，歐洲也提出了歐幾裏德空間望遠鏡計劃(Euclid），這座望遠鏡口徑1.2米，主要觀測近紅外波段， 也有光學波段。

中國力量

面對國外空間天文學的蓬勃發展和國內缺乏良好觀測台址的現狀，中國天文學家也希望開展空間天文研究。但是，這一夢想尚未變成現實。

2016年3月3日全國政協十二屆四次會議開幕前，中科院院士、衛星專家葉培建委員告訴科技日報記者，今年，微重力衛星、量子通信衛星和硬X射線探測衛星會相繼上天。

如果硬X射線探測衛星能夠如期發射成功，將是中國第一顆天文衛星。實際上，這顆衛星確切的名字應該叫硬X射線望遠鏡（Hard X-ray Modulation Telescope，HXMT）。它是一顆工作於硬X射線能區的空間高能天文衛星，用於完成深度巡天，可發現大量巨型黑洞、大批硬X射線天體和一系列天體高能輻射新現象，繪出高精度的硬X射線天圖。

該衛星具有比歐洲2002年發射的國際伽馬射線天體物理實驗台（Integral）、美國2004年發射的雨燕（Swift）更強大的成像能力和獨一無二的定向觀測能力，能以最高靈敏度和解析度發現大批被塵埃遮擋的超大質量黑洞和其他未知類型高能天體，並研究宇宙硬X射線背景的性質。

雨燕望遠鏡，曾被評為世界最具科學影響力的十大天文望遠鏡中的第二名，排名僅次於斯隆天文臺（哈勃空間望遠鏡排在第三位）。

這一技術路線由中科院院士李惕碚等人在1992年提出，但一直未能進入國家規劃。直到2013年1月，中科院院長白春禮透露，在先導科技專項空間科學方面，中科院已經啟動了量子科學實驗衛星、硬X射線探測衛星、暗物質探測衛星、返回式科學試驗衛星和誇父計劃衛星的工程研製。其中，硬X射線探測衛星、量子科學實驗衛星已進入初樣研製階段。

和專注於硬X射線能區，關注脈衝星、伽瑪射線暴、超新星等更為猛烈的天體現象不同，哈勃望遠鏡的特點是關注可見光領域，觀察宇宙的大尺度結構。但哈勃望遠鏡的維護，是科學家面對的一個難題。

美國當年主要靠發射太空梭對哈勃太空望遠鏡等太空飛行器進行維修。在太空梭全部停飛的情況下，對在軌太空飛行器維修已成為一大難題。

而中國提出的計劃，是把空間站作為太空望遠鏡的永久性支援基地。3月7日，張育林在接受新華社記者採訪時透露，中國在建造「天宮三號」空間站的同時，將發射一個單獨的光學艙，在功能上與哈勃太空望遠鏡類似，但視場是哈勃望遠鏡的300倍。

張育林介紹，光學艙將與空間站保持一定距離進行共軌飛行，需要補加推進劑或維護升級時，與空間站交會對接，可由航太員操作。

光學艙在軌十年間，將以不低於哈勃望遠鏡的精度，拍攝到40%左右的宇宙空間。張育林認為，利用這些數據，中國科學家有望在宇宙起源、發展、進化等世界前沿科學領域取得突破。

張育林說，中國空間站這個獨特的功能設計，將使在軌太空飛行器維修升級成為可能。這意味著該望遠鏡將不會面臨哈勃太空望遠鏡遇到的那種問題。

財新記者瞭解到，利用空間站作為太空望遠鏡的想法，是國家天文臺研究員詹虎提出的。2011年，他曾經在《中國科學》上發表了一篇名為「中國空間站大規模多色測光與無縫光譜巡天的設想及其在暗能量研究領域的應用」的論文。

在論文中，詹虎提出，大型巡天是今後數十年國際天文學研究的一個重要方向，高精度大樣本的巡天觀測將極大推動暗物質、暗能量、天體起源與演化等天文學和物理學的根本問題的研究。中國載人空間站的建設為國內開展空間大規模多色成像與無縫光譜巡天提供了難得的機會。

他認為，巡天觀測與空間站運行模式相當匹配，而國際上尚未有大型的高解析度光學與近紫外深度巡天計劃，空間站巡天正可以在此方向上實現突破。

（于達維／文）