韦布望远镜延期发射，或终结美国空间天文学黄金时代

3月8日，韦布空间望远镜运抵诺格公司的洁净间作进一步的测试。这台望远镜的发射日期已经再次推迟到2020年5月。图片来源：NASA/Chris Gunn

　　（艾麦乐 编译）作为哈勃空间望远镜的继任者，NASA的韦布空间望远镜已经让天文学家等待了超过一代人的时间。3月27日，天文学家得知他们还得再多等一段时间，因为NASA宣布韦布的发射日期已经从2019年春天推迟到了大概2020年5月——这一延期可能要花费数亿美元，突破这台望远镜已经高达88亿美元的费用上限。虽然现在的上限也是多次突破后不断修改而来的，但美国立法机构仍将作出选择：是批准更多资金继续下去，还是干脆砍掉这一项目。
　　这一延期还会危害下一期的《十年调查》。这是美国国家科学院每10年制定一期的战略规划，用于评估研究领域概况，并向美国联邦机构和美国国会提出建议，开发和资助未来几代地面和空间望远镜。按照原计划，下一期《十年调查》应该在韦布已经发射并开展科学任务之后完成，而现在，作为可以说是最重量级的考虑因素，韦布在下一期《十年调查》规划期间大概只能在地面待着了。
“确保成功，不冒任何风险”
　　发射延期的消息，算不上出人意料。作为风险性最高也最为昂贵的部件，韦布望远镜上的主镜和配套科学设备都已建造完成并通过了测试。这些部件今年2月初被运往了诺斯洛普‧格鲁门公司（Northrop Grumman，简称诺格），这家航天企业是韦布望远镜的主要承包商。在那里，这些部件接受了进一步的测试，并与望远镜上的其他部件整装在一起。不过，当月晚些时候，美国政府审计署提醒说，在先前认为比较容易的部件上，该公司的制造进度落后于预期。望远镜上的推进器在经过不恰当的清洁后出现渗漏，更换这些推进器耗费了大半年的时间。此外，韦布望远镜上网球场大小的5层折叠式遮阳板，也在一次展开测试中被撕破，对这一问题进行分析和修复都需要耗费时日。
　　“韦布望远镜是NASA科学任务部优先级别最高的项目，也是美国历史上最大规模的国际空间科学项目。”下个月即将退休的NASA代局长罗伯特‧莱特佛特（Robert Lightfoot）说，“这座空间天文台上的所有硬件都已制造完成——然而，暴露出来的相关配件问题，促使我们将采取必要措施，重新集中精力来完成这座复杂的、雄心勃勃的空间天文台。”
　　诺格公司发言人蒂姆‧佩因特（Tim Paynter）说，该公司“仍将贯彻对NASA的承诺，确保世界上最先进的空间望远镜——韦布空间望远镜能够成功地完成整装、发射和部署”。
　　据报道，诺格公司现在每天24小时都有团队在为这台望远镜工作，很快NASA戈达德航天中心负责管理韦布项目的其他人员也会加入进来。不过，这些挫折已经让诺格公司推迟了最为关键的终级测试，即把韦布的组件暴露在类似太空的严苛真空环境中，并将完全组装的望远镜折叠起来模拟火箭发射。“所需的时间要比1年前任何人设想的都更久，”NASA戈达德航天中心的天体物理学家约翰‧马瑟（John Mather）说，“但我们必须确保成功。我们已经造好了几乎所有的东西。我们只是必须确保它能够在那里顺利工作。不冒任何风险。”

韦布望远镜的主镜已经制造完成，口径达到6.5米，远远超过哈勃空间望远镜2.4米的主镜。图片来源：维基百科

“大到不能失败”
　　韦布望远镜的构想最早被人提出，是在将近30年前，哈勃望远镜首次亮相之时。如同它的前任一样，韦布望远镜一向被视为是技术杰作，将让我们朝着理解宇宙向前飞跃一大步。韦布不同于哈勃：哈勃一直停留在低地球轨道，可以通过多次维修任务保持活力；韦布则将驻扎在月球轨道以外，利用它的遮阳板冷却到接近绝对零度。它的观测任务将持续5到10年，直到耗尽燃料为止。在如此遥远的位置上，韦布望远镜上顶尖的红外设备和6.5米口径的巨型镜面，将看见哈勃望远镜无法看到的东西：宇宙里诞生的第一代恒星和星系，气体尘埃“胎盘”里正在形成的胚胎恒星系统，以及其他恒星周围行星的大气成份。对于天文学家来说，这些拓展视野的观念对于学科进步至关重要，韦布已经成为他们领域长远未来的基石：如果把它砍掉，围绕它的所有计划都将崩塌。
　　“让韦布望远镜这一个单一任务处于主导地位，可能不是一件好事。”哈佛-史密松天体物理中心的马丁‧埃尔维斯（Martin Elvis）说，“它形成了一个‘大到不能失败’的局面，因为它必须不能失败，所以你实际上不可能威胁说要取消它，而且为了确保它能够成功，人们宁肯过于谨慎也不愿意冒险。更加谨慎意味着要进行更多的测试，意味着要花更多的钱，而你必须提供这些资金来避免失败，结果就会陷入成本飙升的恶性循环。”况且，韦布望远镜最终仍有可能因为发射失败而被炸成碎片或沉入海底，或者在精心设计的变形展开步骤中遇到意外而变成漂泊在太空毫无用处的垃圾。火箭学或许是一门科学，但绝对不是百分百完美。
　　早在2000年的《十年调查》中，美国天文学家就把韦布列为新千年头10年的最高优先事项。当时这台望远镜的预期成本大约是10亿美元。然而，到了2010年的下一期《十年调查》，该项目已经花费了35亿美元，用于开发一系列必要并且昂贵的新技术。韦布望远镜项目实际上已经变得太大而不能失败了，2010年的《十年调查》别无选择，只能接受它。这一期《十年调查》还推荐了其他几个项目，其中主要包括大视场红外巡天望远镜（WFIRST），它将作为这一领域的补充观测力量，与韦布望远镜协同工作。当时，WFIRST计划在2014年前后发射。
　　然而，就在2010年的《十年调查》发布后不久，就有独立评审发现韦布项目处于危机当中。它的预算烧得太快，以至于制造望远镜的关键工作会被不断推迟，导致未来成本由于现有资金不足而不断膨胀。NASA和美国国会插手干预此事，通过了一项“重新计划”来重启这一项目，批准了最高不超过80亿美元的更大一笔预算，外加发射升空后8.37亿美元的运营成本，发射日期当时定在2018年10月。但到2017年9月，NASA宣布，由于诺格公司遇到了越来越多的问题，与欧洲的发射提供商阿里亚娜航天公司（Arianespace）的排期也有困难，韦布望远镜的发射将延迟到2019年春天。

韦布望远镜将部署在距离地球大约1.5亿公里的深空，利用5层遮阳板隔绝阳光，以便让望远镜保持在接近绝对零度的工作温度。然而，遮阳板在一次测试中被撕破，导致韦布望远镜发射再度推迟。图片来源：NASA

“适度的延期和适度的预算超支是更好的选择”
　　由于推进器和遮阳板受损，韦布望远镜的最新发射时间被延迟到了2020年5月。作出这一决定的依据，是马歇尔航天中心副主任保罗‧麦康纳（Paul McConnaughey）主导的另一项独立评审。参与这项评审的官员相信，就算延期发射导致成本突破了NASA的上限，最多可能也只会超出几个百分点。即使如此，迫于异常巨大的压力，既要让韦布能够按新的时间表如期发射，又要把超出的成本控制到最低，NASA采用了不同寻常的举措，发起了第二项独立评审，由戈达德航天中心前主任托马斯‧杨（Thomas Young）领导，以确定韦布望远镜能否在不超出成本上限的前提下按照新的时间表发射升空。
　　2017年12月，托马斯‧杨在美国国会作证时说，“（韦布望远镜）正处在这样一个发展节点，唯一重要的标准就是任务成功。为了最大限度地提高成功率，每一件应该做的事情都应该做到。在这个项目的这一阶段，多延迟几天、几周甚至几个月，或者额外再多花一笔钱，只是确保这么重要的任务能够成功所要付出的小小代价。”一些内部人士把这段话看作是对这一项目的强烈支持，另一些人则没有这么善意地将它视为是诺格公司开出的空头支票，是“大到不能失败”的证据。
　　与此同时，作为NASA给韦布望远镜规划的继任者和2010年《十年调查》的最高优先事项，WFIRST望远镜则经历了自身的动荡，遭遇了一定程度的延迟和成本增长。这激起了特朗普政府的愤怒，并在美国白宫的2019财年预算中提议完全取消这一计划；到目前为止，美国国会和空间科学界一直在坚决反对这一提议。在可以预见的未来，预算实际上将保持持平，NASA官员已经表示，韦布望远镜的任何超支都将由WFIRST的资金来支付。这会导致后一项任务进一步延期，成本也进一步增长，可能阻碍它与韦布望远镜同时运作——而这是它存在的最初理由之一。
　　美国普林斯顿大学天体物理学家兼WFIRST科学团队联合主席戴维‧施佩格尔（David Spergel）承认，这种交易可能是值得的。“韦布望远镜是有史以来最复杂的工程项目之一，也是NASA打造的最复杂科学任务之一。”他说 ，“（对于延期）我们都很失望；我们中有太多人热切期盼着韦布的科学成果。然而，适度的延期和适度的预算超支是更好的选择，只要任务成功。”

作为韦布望远镜的继任者和有力补充，大视场红外巡天望远镜的处境也岌岌可危。图片来源：NASA

“可能终结美国空间天文学的黄金时代”
　　另一些颇有影响力的天文学家只能说是勉强认同这一观点。美国亚利桑那大学的天体物理学家玛西亚‧里克（Marcia Rieke）说，“任何任务延期你都不会感到高兴，因为这意味着接下来的事情也将不可避免地延误。”里克是韦伯望远镜上NIRCam设备的首席研究员，也是参与起草《十年调查》的机构之一 ——美国科学院天文及天体物理委员会的联合主席。
　　里克说，韦布和WFIRST面临的麻烦可能会延误下一期调查，至少会耽误掉其他领域的调查时间，特别是为行星科学规划的下一个《十年调查》。又或者，天文学的《十年调查》可以继续按计划进行，前提是不确定韦布能否取得成功——换句话说，在规划下个十年时，会不会把这台倍受困扰的望远镜当作是最首要的警世故事，来对待未来同样雄心勃勃的那些大项目。里克说，“《十年调查》原本是为了衡量实际上能够达成的目标，所以在突破极限和切实可行之间，它必须得把握好分寸。”
　　换句话说，最简单的解决方案可能是，直接按计划推进下一期《十年调查》，并建议NASA在21世纪20年代追求更小、更便宜的空间望远镜，而非成本超过数十亿美元的庞然大物。这一前景让部分天文学家感到毛骨悚然，他们原本希望，已经耗费巨资为韦布开发出来的新技术，可以用来建造更大的空间望远镜，能够对近距离恒星周围的类地行星进行直接成像，以搜寻外星生命的迹象。
　　“我现在恐惧的是，科学界会因为过于害怕成本超支，而不敢在下一期《十年调查》中推荐任何大型望远镜。”一位考虑到处境敏感而不愿意透露姓名的资深天文学家说，“这会把所有大项目的立项时间延误到2030年以后。可能要到2050年，才会再有一些雄心勃勃的东西被建成并发射升空。认为资金会在不同规模的项目间转移的想法，根本就是错的。如果在韦布和WFIRST之后，NASA不再追求另一项重大战略任务，就无法保证美国国会会把‘省下来的’资金投入到较小规模的项目当中。更有可能出现的情况是，这些资金会投给把人送上月球的火箭，或者完全投到NASA以外的其他项目上。如果我们不够小心，这可能会终结美国空间天文学的黄金时代。”
编译来源
科学美国人网站，NASA's James Webb Space Telescope Slips to 2020, and Astronomy Suffers