天文|天文学界未来10年的3大目标：探索适居行星、动态宇宙与星系演化太空望远镜|行星|astro

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天文学未来 10 年的 3 大目标：探索适居行星、动态宇宙与星系演化
经过三年的漫长等待， Astro2020终于在国内时间 11/5 凌晨公布了结果报告。这场十年一次的大型天文会议，产出了一份 600 多页的报告书，对美国国家天文发展策略提出建议。这份报告，将影响未来数十年美国乃至于全世界的天文物理发展。
这项「十年调查」为何至关重要？
Astro2020 的全称为「天文学和天体物理学十年调查 Decadal Survey on Astronomy and Astrophysics 2020」。正如其名，这是美国国家学院大约每十年会召开一次的超大型会议。会中将搜集来自各方天文学家的观点，回顾过去十年间天文物理的重大突破，锁定未来十年美国最应该优先投资的研究领域，并且研拟达成这些科学目标所需要的方法与技术，最终将这一连串的构想整理后，向NASA、NSF提出建议，成为它们规划预算的重要参考。换言之，这场会议将会左右未来十年数十亿甚至上百亿美金的预算分配，重要性可想而知。
Decadal Survey 的历史相当悠久，第一届举办于 1964 年，之后大约每隔十年开一次，一路进行到今天。历史上多个重要的天文计划，比如：
甚大天线数组 VLA（1960s / 1970s）：著名的美国无线电数组望远镜。哈伯太空望远镜 HST（1970s）：NASA 的大型轨道天文台（Great Observatories）之一，无人不知的光学太空望远镜。钱卓 X 射线太空望远镜 Chandra（1980s）：大型轨道天文台之一，轨道上最顶级的 X 射线天文台之一。史匹哲太空望远镜 Spitzer（1990s）：大型轨道天文台之一，观测中红外线波段的太空望远镜。 ALMA（2000s）：当代最顶尖的次毫米波数组望远镜。韦伯太空望远镜 JWST（2000s）：即将于今年底升空，新一代的旗舰级红外线望远镜。罗曼太空望远镜 Roman（2010s）：下一代近红外层空间望远镜，在不牺牲分辨率的前提下，拥有比哈伯大 100 倍的视野。薇拉．鲁宾天文台 Rubin（2010s）：预计两年内落成的革命性巡天望远镜。
它们都曾是 Decadal Survey 推荐优先执行的重要计划。
JWST（左）与 Roman（右）太空望远镜分别是 2000 年与 2010 年 Decadal Survey 推荐优先执行的太空望远镜任务，它们预计将在 2020 年代的天文观测中扮演重要的角色。由此也可以看到， Decadal Survey 所推荐的大型旗舰计划，往往需要十多年甚至二十年以上的时间才能发展成熟。
天文学未来 10 年的 3 大目标
Astro2020 提出， 2020 年代天文物理的三个优先领域分别是：
通往适居世界之路 Pathways to Habitable Worlds以高对比度度（high contrast）的探索系外行星与其中可能存在的生命迹象。动态宇宙的新窗口 New Windows on the Dynamic Universe以重力波、微中子等多个信息信使研究超新星爆炸、中子星合并等剧烈事件。揭密星系演化推手 Unveiling the Drivers of Galaxy Growth研究宇宙一百多亿年来的星系演化。
综合上述三个领域的需求之后， Astro2020 提出未来美国应该优先投资的几项重大计划分别如下。
首先， Astro2020 对太空望远镜计划的建议可能是最令人惊喜的。报告建议，美国应该启动一系列「大型轨道天文台技术成熟计划 Great Observatories Mission and Technology Maturation Program」，为 20 至 30 年后天文物理需要的天文台计划铺路。
其中最高优先度的计划，是建造一座六米级的光学（从紫外线到近红外线）望远镜，预计成本 110 亿美元。从观测的波段来看，它可以看成是现役哈伯太空望远镜的超级强化版；又或者，从 NASA 在 2019 年提供的四座「The New Great Observatories」概念研究来看，可以看成是缩小版的 LUVOIR-B ，或是增强版的 HabEx 。
Astro2020 认为，这样的参数才有机会同时让望远镜有办法达成前述三大优先领域的需求（尤其是直接拍摄类似太阳－地球系统的系外行星大气光谱），且有希望在 2040 年代前期升空。另外两个应当在 2020 年代后半开始发展的计划，分别是下一代 X 射线与远红外线的任务（分别可以看成 Lynx 和 Origin 的缩小版）。
LUVOIR-B 概念图。 Astro2020 推荐优先发展的下一代旗舰太空望远镜可能与此相似。