2022-07-29 16:32:12 来源:参考消息网
核心提示:面对一台耗资100亿美元、已知宇宙中最大最好的望远镜,如何实现这笔巨额投资收益最大化,是里格比要考虑的主要问题。

参考消息网7月29日报道 《科学美国人》月刊网站7月11日发表题为《与运行詹姆斯·韦布空间望远镜的女性对谈》的报道,记者是李·比林斯。全文摘编如下:

“给我一台望远镜,我能想出如何利用的好点子。”简·里格比说。

她是美国航空航天局(NASA)戈达德航天中心的天体物理学家,是造价100亿美元的詹姆斯·韦布空间望远镜的运行项目科学家。这台望远镜是人类迄今为止建造的最大、功能最强的外太空天文台。

在里格比的职业生涯中,她使用过许多世界一流的地基和太空天基天文设施。她也在主持韦布空间望远镜第一年预设的多项“早期科学发布”计划之一,利用这台望远镜研究漫长宇宙时期星系中的恒星形成。但她关于韦布空间望远镜的主要工作是与团队合作,管理这台望远镜在计划中的五年初始任务期间为全球研究人员执行的全面科学研究,确保每个有幸使用韦布空间望远镜的人都能做些“好事”。这个任务并不轻松:对于那些希望从这个独一无二的天文观测台中尽可能多地榨取科学成果的人来说,韦布空间望远镜的每分每秒都很宝贵——而里格比负责监督调度。

本刊记者对话里格比,谈谈韦布空间望远镜运行所需的团队合作、望远镜不确定的使用寿命,以及面对一台耗资100亿美元、已知宇宙中最大最好的望远镜,如何实现这笔巨额投资收益最大化的微妙任务。

确保榨出更多“果汁”

李·比林斯问:韦布空间望远镜看起来状态不错,它执行任务期间的表现超出了预期,飞向深空的航行保留了足够富余的推进剂,可以继续运行到本世纪40年代——比“名义上”的任务寿命多出许多年。我想跟你谈谈这个项目如何保护这笔投资,可以这么说,这个项目将如何最大限度地榨出果汁。

简·里格比答:看起来状态很好,的确如此。这台望远镜真的不只像我们承诺的那么好——在很多方面,它做得更好。我很乐意聊聊榨果汁的各个方面。和团队里的其他所有人一样,我对发布韦布空间望远镜首批科学图像感到兴奋。这是我们第一次真正榨出了一点“果汁”,大家都可以从中自行判断果汁有多甜。

问:哈,好吧。你是韦布空间望远镜的运行项目科学家,这是不是说果汁都是你榨的?

答:项目科学家的工作之一就是做科学的良心。这台望远镜主要由工程师和管理人员制造,但科学家也必须参与进去,以确保望远镜能够实现设计的科学目的。现在,作为一名“运行”项目科学家,这意味着我要考虑我们要如何使用这台望远镜——从选择拟议的观测内容到制订观测时间表,从操作望远镜到将数据传回地球,完成科学任务的任何工作。

合理调度观测任务

问:好。所以,我梳理一下,你是运行项目科学家,但这并不意味着你来决定望远镜观测哪里,或者谁使用望远镜。

答:轨道上没有“熟人”。韦布空间望远镜的大部分观测时间是通过竞争非常激烈的同行评议来分配的。对于第一轮一般性观测方案,我们召集了200名专家组成小组——因为疫情而全部在线上完成——对世界各地的1000多个提案进行审查和排序。排名前四分之一的提案入选。这个过程是双向匿名的:审查人不知道提案由谁撰写,提案人也不知道提案由谁审查。我们想根据想法的质量来评判。例如,这意味着自学成才的非学术界人士有可能得到韦布空间望远镜的观测时间。你生活的国家未必喜欢我们的国家,或者你的国家没有为韦布空间望远镜的建造贡献任何力量,但在大多数情况下你依然可以使用这台望远镜,对不对?这是公开竞争,因为我们想要最好的想法。

问:但你如何平衡所有这些“最好”的想法,才能划分轻重缓急?似乎不是个简单的工作。

答:这就像是解释生产一台榨汁机和实际使用、发现堵塞点,然后维修的区别。

我们知道,对于任何固定的目标(比如没有围绕太阳系快速移动的目标),我们都可以计算出韦布空间望远镜每年能观测到它的天数和具体日期。我们太阳系平面内的目标一年大约有60天能观测到。平面外的目标(直达太阳系的北极或南极)全年都能观测到。黄纬目标落在两种极端情况之间。有些目标我们需要在特定时间观测。

还有天空的暗度问题。对一个特定目标来说,观测时的天空暗度随季节变化而变化。对于一些观测任务,我们并不在意明暗。但是,如果我们观测的物体亮度非常微弱,那么我们想安排到背景天空尽可能黑暗的时段进行观测。

我们也不希望韦布空间望远镜闲置。而且,我们需要把这些数据传回地球。我们的处理方法是要求使用者不霸占数据,同时进行大量的数据压缩。

我们通过优化所有这些限制措施来调度望远镜,形成一系列可以接受的解决方案。我们制订了一项长期的计划,在这个计划中,我们为每次观测指定为期一个月的可能时间档。然后,每7到10天,我们就会制订当周详细的日程安排——可以说是击球顺序吧。

心情随韦布起起伏伏

问:你可能不喜欢接下来这个问题:假如一切都很顺利,唯独推进剂不可避免地耗尽,这台望远镜将如何死亡?

答:如果要谈推进剂有限,一旦资源耗尽,我们就无法控制望远镜的指向,无法确保太阳能电池板始终朝向太阳而望远镜始终背向太阳。最终,太阳能电池板会在足够长的时间内陷入阴影,以致不能恢复。我猜这就是韦布空间望远镜生命的最后时刻。那时我们才会知道它是真的死了。

例如,我们已经惊讶于微陨石撞击对主镜部分之一产生了超出预期的影响,我们正在积极研究此类事件对韦布空间望远镜持续进行的光学表现可能意味着什么。微陨石是在轨道上无法更改的事实,会逐渐破坏镜子和遮光板的质量——我们一直记着这一点,所以多少进行了过度设计和建造——但这是五年一遇的事件,我们只是不太走运,还是我们将遭受超出预期的更多这类撞击?我们正在努力弄清楚这一点。当然,我仍在计划一项成果丰硕的长期任务。

问:确实如此。你知道,你和其他工作人员自然而然地对这台望远镜产生了情感依恋。这是否让你们在它短暂的生命中,应对各种成败攸关的时刻变得更具挑战性?

答:嗯,对韦布空间望远镜执行任务的每个不同阶段的感觉都会发生变化。在发射期间以及随后几个星期,我们进行主要部署期间,有那么几个重要的日子我们知道任务可能失败。我们很坦率;NASA甚至制作了名为“悬崖边的29天”的视频。我试图用宿命论来看待那些日子:“如果望远镜不能正常工作,我们就没有任务。”随着部署一个接一个完成,我意识到我在经历悲伤的阶段。几乎是在讨价还价:“哦,求求了,让副镜展开,我都不求主镜展开两翼!”

问:为什么是副镜?

答:“副”这个词听起来好像不那么重要,或者是备份。但在望远镜里,副镜仅仅意味着这里第二个接受光线,仅次于主镜。韦布空间望远镜的主镜是标志性部件,而且要大得多。但直径0.7米的副镜至关重要。如果副镜部署不顺利,那么从主镜反射的光线将飞向太空,永远消失,而不是被收集进科学仪器。即使主镜还未完全展开,但如果我们还有副镜,我们也会拥有一台正常运转但功能减弱的望远镜。

我们幸运地度过了这些成败攸关的时刻,还有紧张的部署和“调试”阶段。望远镜已经冷却至目标温度,光学已调整,科学仪器已准备就绪。我们一直在了解望远镜在太空中的真实表现,通过第一批科学图像,我们将展示韦布空间望远镜不仅在正常工作,而且完全有能力完成建造目标设定的全部科学任务。这种感觉很美妙。

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图说:美国詹姆斯·韦布空间望远镜顺利发射入轨(新华社/美联)

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