「哈勃」接班人:高解析太空望遠鏡將助人類揭開星系起源奧秘

「哈勃」接班人:高解析太空望遠鏡將助人類揭開星系起源奧秘
圖為哈伯太空望遠鏡,攝於1997年。Photo Credit: NASA/ESA
我們想讓你知道的是

這個望遠鏡被稱作高解析太空望遠鏡(HDST),如果打造出來,它的威力將大到足以在許多類似地球的系外行星上尋找生命跡象、揭開星系的起源奧祕,並且透過驚人的細節來研究我們的太陽系。

撰文:Michael D. Lemonick
編譯:居芮筠

哈伯太空望遠鏡(Hubble Space Telescope、香港叫「哈勃望遠鏡」)開始進入服役尾聲之際,一份新的報告為一部可望於2030年代初期啟用的太空望遠鏡提出了一個令人興奮的憧憬。

這個望遠鏡被稱作高解析太空望遠鏡(HDST),如果成功打造出來,它將會在距離地球160萬公里處運行,由54面獨立的鏡子組成一個比哈伯大24倍的反射鏡——威力大到足以在許多類似地球的系外行星上尋找生命跡象、揭開星系(如銀河系)的起源奧祕,並且透過驚人的細節來研究我們的太陽系。它還可以拍出極其銳利的影像,遠遠讓哈伯拍攝的驚奇照片相形失色。

國家地理_太空望遠鏡
Illustration by D. Ceverino, C. Moody, G. Snyder, and Z. Levay
根據模擬顯示,相對於哈伯太空望遠鏡所拍攝100億光年外的星系影像(左),計畫中的高解析太空望遠鏡可望呈現更驚人的細節(右)。

不過哈伯仍有幾年的時間可以取得重大發現,而它的接班者詹姆斯韋伯太空望遠鏡(James Webb Space Telescope)將於2018年開始觀察太空。但天文學家認為,現在開始思考在那之後會有什麼望遠鏡,並不算太早。

「美國太空總署的人說,我們不應該抗拒大膽想像,」太空望遠鏡科學研究所(Space Telescope Science Institute)的馬克珀斯特曼(Marc Postman)說,他是撰寫這份報告的科學家暨工程師委員會的會員。「所以我們就大膽地去想像了。」

珀斯特曼和他的同事會把握機會大膽思考,是可以理解的。天文學家已從經驗中得知,每一次望遠鏡放大倍率的大躍進,都能通往人人始料未及的新發現。1995年哈伯發現可見宇宙的邊緣有無數星系,這只是其中一個登上頭版的例子。

jwst_James Webb Space Telescope_詹姆士韋伯太空望遠鏡
Photo Credit: NASA Goddard Space Flight Center CC BY 2.0
全尺寸比例的詹姆斯・韋伯太空望遠鏡模型。
如何找到外星生命

若要找到可能有生命的孿生地球,望遠鏡不僅要能拍攝到一顆極其黯淡的行星,還必須把那顆行星從周遭的星體中分離出來。那些影像在哈伯或詹姆斯韋伯望遠鏡拍到的照片中容易合併在一起,就如同汽車自遠方靠近時,兩個車頭燈看起來就像是同一個光點。反射鏡愈大,解析度愈高——尤其在外太空,那裡沒有大氣會模糊影像。

最後,望遠鏡還必須遮住那顆行星的主恆星(類似我們的太陽),因為它的亮光會掩蓋鄰近行星的微弱光芒(想像一下試圖看見一枝放在強力探照燈旁的燭火)。為了達成那種效果,高解析太空望遠鏡會搭配一個日冕儀——基本上就是一個可以遮住主恆星的遮罩,作用就和你抬頭看飛機時,可能會用手擋住太陽一樣。

身為委員會聯合主席的麻省理工學院天文學家莎拉西格爾(Sara Seager)表示,把這些功能拼湊在一起,「我們或許就能在距離地球100光年以內之處找到許許多多顆類地行星。」她說,在尋找生命的過程中,的確需要找到那麼多顆類地行星,因為不是每一顆都必然有生物居住。

高解析太空望遠鏡會觀測這些行星上的大氣,尋找生物活動的徵兆。舉例來說,氧氣的存在就會是非常好的徵兆,因為它是高度反應的分子,若沒有持續由活的生物體補足,就會很快地與其他分子結合。

同時,為了研究星系的組成和發展,高解析太空望遠鏡除了體積巨大和解析度極高之外,對紫外線的反應也很靈敏。珀斯特曼說,透過紫外線影像,「可以看到宇宙中有一張氣體構成的網,在銀河系和其他星系間飄來飄去。」他指出,那片氣體會影響星系的發展,而高解析太空望遠鏡可以讓天文學家觀察它在附近數百個星系間穿梭的情形。

它也將可以看見那些星系當中小至如太陽般的恆星個體。總而言之,套句珀斯特曼的說法,這些功能將會提供科學家「一本關於各種各樣的星系如何形成的完整劇本。」

高解析太空望遠鏡「解析外太陽系物質的能力也會令人驚歎,」大學天文研究協會(Associated Universities for Research In Astronomy,AURA)的天文學家海蒂哈默爾(Heidi Hammel)說。這個協會委託撰寫了這次的報告,但哈默爾並沒有參與其中。

在距離地球較近的地方,這部新望遠鏡可以拍攝天王星和海王星大氣的重複影像,目前我們只有航海家二號(Voyager 2)所拍攝的快照;它也可以觀察外太陽系冰凍的柯伊伯帶(Kuiper Belt)上數個與冥王星同類的矮行星。柯伊伯帶是最近10年左右才發現的。「所有在柯伊伯帶上的大型天體,包括鬩神星(Eris)、妊神星(Haumea)、鳥神星(Make-Make)和創神星(Quaoar),都可以解析出來,」哈默爾說。

本文經《國家地理》雜誌中文版授權刊登,完整版原文發表於此
原標題:〈高解析巨無霸太空望遠鏡:外星生命看得更清晰〉

責任編輯:闕士淵
核稿編輯:楊之瑜