地面望遠鏡可能更便宜，但哈伯望遠鏡展示了為什麼它們不夠

地球上的天文台比太空中的望遠鏡便宜。 他們也在快速進步——當歐洲極大望遠鏡九年後開始觀測，將能夠提供影像銳利16倍與哈伯太空望遠鏡拍攝的照片相比。 但是，儘管似乎很難證明對太空望遠鏡的投資是合理的，但太空望遠鏡的突破性發現哈伯已經告訴我們它們有多有價值。

哈伯是世界上第一個太空光學天文台，它在天文學的各個方面都取得了驚人的發現，從太陽系行星和衛星上的極光閃爍到數十億光年外的星系的演化。

哈伯望遠鏡的觀測有助於確定擴張諾貝爾獎獲獎研究中的宇宙。 我們親眼目睹了明星在像這樣的托兒所中誕生鷹狀星雲並爆炸為超新星。 哈伯望遠鏡也捕捉到了強大的噴射機從另一個星系中心的黑洞出現。

哈伯望遠鏡拍攝的梅西耶 2 號球狀星團圖片。歐空局/哈伯和美國太空總署,副本

這些發現是有代價的。 哈伯任務成本15億美元1990年推出時，維護成本也很高。 哈伯望遠鏡拍攝的第一張萬眾矚目的照片令人失望地模糊。 望遠鏡內部直徑 2.4 m 的鏡子略有缺陷，因此光線無法正確聚焦。 安裝光學系統來糾正這個問題是哈伯首次維修任務的目標，該任務由太空梭太空人在1993 年進行了為期五天的太空行走。升級和更換科學儀器、動力和導引系統，每個任務都有相關的風險和費用。 自從美國太空總署太空梭計畫結束以來，一直無法進行進一步的維修。

太空望遠鏡並沒有變得更便宜。 哈伯的繼任者詹姆斯韋伯望遠鏡一直受到一系列延誤和成本上升的困擾。 由於準備在 2018 年推出，其成本約為80 億美元建造、啟動和調試。

地球與太空

在地面上建造的一個顯著優勢是望遠鏡的尺寸可以比可以攜帶到太空的尺寸大得多。 我們自己星球上的望遠鏡也取得了驚人的發現，例如雙子座望遠鏡觀測木星的兩個巨大紅斑彼此擦身而過在地球的南半球。 凱克天文台發現大氣中的水蒸氣圍繞另一顆恆星運行的行星。 歐洲南方天文台望遠鏡追蹤繞黑洞運行的恆星在我們銀河系的中心了解恆星的形成及其與黑洞的相互作用。

然而，地面望遠鏡也不便宜。 相關工作已經開始歐洲極大望遠鏡位於智利阿塔卡馬沙漠，耗資估計超過 10 億歐元，年營運成本為 5,000 萬歐元。 但這仍然低於哈伯和詹姆斯韋伯。

歐洲極大望遠鏡的藝術家想像圖歐洲南方天文台/flickr,CC BY-SA

當E-ELT觀察開始到 2024 年，最先進的大氣畸變校正將使其能夠提供比哈伯望遠鏡拍攝的影像清晰 16 倍的影像。 隨著這樣的技術進步，似乎很難證明未來天基望遠鏡的費用和風險是合理的。

然而，一個簡單的事實是，如果我們選擇只從地面進行觀測，我們將使自己對各種各樣的天文現象和潛在的發現視而不見。 其中包括一些宇宙中最活躍的事件，例如伽馬射線暴。

其主要原因是我們星球的大氣層無法阻擋太空望遠鏡。 雖然大氣層允許我們的眼睛對可見光敏感，但它會吸收其他一些波長的光，因此我們永遠無法從地面看到它。 此外，大氣中的湍流會使穿過大氣的光線變得模糊，導致物體閃爍並顯得模糊。 地面望遠鏡的另一個問題是它們受到當地天氣條件的影響，高雲層可能會破壞任何有用觀測的機會。

智利的甚大望遠鏡即將面臨 E-ELT 的競爭。歐洲南方天文台/G。 隆巴迪 (glphoto.it),CC BY-SA

從大氣層上方的有利位置來看，哈伯望遠鏡可以避免這些影響，並且可以在廣譜範圍內產生高解析度影像。 這些觀測的科學價值顯而易見，科學家去年申請哈伯觀測時間的申請超額認購了五倍。 它也是科學論文的重要來源。 根據一個歐洲南方天文台的調查去年，自 2005 年以來，哈伯每年發表 650 至 850 篇論文，遠遠多於 ESO 的任何地面望遠鏡。

補充貢獻

天文望遠鏡的投資，無論是在太空還是在地面，都必須透過科學回報來證明其合理性——而在選擇新設施時，從根本上來說，科學是推動決策的因素。 在地面和太空中使用望遠鏡之後，我覺得科學最終需要兩者。 但在資金有限的世界裡，我們無法擁有一切。 因此，無論是在另一個國家安裝新望遠鏡還是為另一個航太機構領導的任務提供儀器，國際合作都是關鍵。

地面和太空望遠鏡觀測的價值不僅可以透過了解近處和遙遠宇宙的科學成果來衡量，還可以透過這些影像和發現提供的靈感來衡量。

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