全球新资讯：告别“索菲亚”：天文台不能只靠浪漫情怀

2022-09-05 18:04:15 来源：科普中国

听到“索菲亚”这个名字，你脑海中的第一印象是什么？端庄美丽的东欧女郎？热情奔放的西班牙民谣？还是伫立在伊斯坦布尔或者哈尔滨的拜占庭风格大教堂？不管是哪一个，和这个名字联系到一起的一定会带有一丝神秘的色彩，充满了浪漫的气息。

(资料图)

其实，这份浪漫的来源是大型喷气式飞机与红外天文望远镜的完美结合——平流层红外天文台，英文缩写SOFIA，也就是“索菲亚”。毫无疑问，一切浪漫与神秘的背后是一段或曲折、或坎坷的动人故事。

美国宇航局的“索菲亚”望远镜

惊艳登场

天文学家喜欢在孤立高耸的山峰上建造望远镜，既是为远离城市的灯光“污染”，也是为尽可能地站在地球大气层的高处。烟、雾、水蒸气和其他气溶胶都会阻挡光线到达地面，对宇宙光谱测量工作产生干扰，进而削弱了地面上进行的科学观测的质量。

1965年前后，美国宇航局启动了机载天文计划，对已退役的大型喷气式飞机进行改造，搭载天文台，飞行在海拔12500米的高度。这样就可以使天文望远镜的工作高度凌驾于地球大气层的绝大部分水蒸气之上，获得比地面望远镜宽广得多的红外观测范围。科研人员认为，采用飞机平台要比太空中的卫星更有优势，因为飞机能够飞到地球上的任意经纬度，以观测某一特殊事件。

经过几个试验项目，计划步入高潮——“索菲亚”于1996年由美国宇航局和德国航空航天中心联合立项，将1台2.5米口径的卡塞格林式红外波段望远镜搭载于名为“林德柏林快船号”的波音747飞机上。由于将望远镜直接对准阳光会损坏光学设备，所以“索菲亚”只在夜间出动，执行天文观测任务，又得名“喷气吸血鬼”。

“索菲亚”最与众不同的部分是后机身的凸出段。望远镜安装在飞机的非增压舱内，在飞机左侧开了1个约4.37米宽、5.74米高的门，作为观测窗口。美国宇航局曾骄傲地透露：当“索菲亚”的望远镜门在上万米高空打开时，机舱内没察觉到的额外震动；门打开后，理论上阻力大增，但实际只增加2%的耗油量，这充分证明这扇门的空气动力设计之优秀。

2010年11月30日，“索菲亚”开始进行首次完整的科学研究飞行。不久，它陆续获得了木星大气、猎户座大星云和星系M82的数据。2014年正式投入运行后，“索菲娅”的红外设备穿透了星系中的尘埃，直接观测到年轻恒星的形成，测量了星系磁场，还在月球的太阳照射面发现了水的痕迹，甚至探测到了宇宙中形成的第一种分子——氢化氦。

除了保证自由的观测时间和便于维护外，“索菲亚”能够立项的更主要的原因就2个字——省钱。和动不动投入几十亿美元的空间望远镜项目相比，前期仅投入几亿美元的“索菲亚”怎么看都是物超所值，而改造二手飞机、与国外研究机构联合工作的行为似乎也将“精打细算”发挥到了极致。但随着“索菲亚”进一步投入使用，大家却突然发现：“喷气吸血鬼”逐步变成了“资金吸血鬼”。

左图：飞行中的同温层红外线天文台。右图：机舱内部，负责操纵望远镜和分析数据的科学家坐在机舱后部

“索菲亚”通常从美国加州帕姆代尔的美国宇航局基地飞行，携带1组科学家和技术人员，每晚观察天空8～10小时。偶尔，它也会迁移到新西兰，研究南方天空的目标，比如银河系的中心。每年“索菲娅”约进行100次任务，每次任务耗资将近100万美元。美国每年为该项目提供8500万美元，德国提供2000万美元，仅次于哈勃太空望远镜，是天体物理学中第二昂贵的运营任务。

作为最著名的空间望远镜，哈勃太空望远镜的科学产出十分可观。2014～2019年，也就是“索菲亚”运行时期的前6年，哈勃太空望远镜帮科研团队发表了900多篇科学论文。“索菲亚”的资金投入接近哈勃太空望远镜，科学产出“理应”并不逊色，结果却是令人失望的。

2019年，美国宇航局审查发现，“索菲亚”并未产出大量被频繁引用成果。同样是在2014～2019年，它仅帮科研团队发表了178篇科学论文，平均每年只发表21篇，在包括29个地面望远镜和哈勃太空望远镜的列表中排名倒数第二。至于影响力，以论文引用次数衡量，“索菲亚”排名最后，可以说是世界上效率最低的望远镜。

报告中还透露，“索菲亚”的管理人员试图最大限度地增加用于观察的时间，以至于它启动了过多的观测项目，其中许多项目从未完成。在“索菲亚”运行期间，只有40%被指定为高优先级的提案最终完成。

正是因为“高成本、低产出”，“索菲亚”几乎每年都会成为美国联邦科学预算中首当其冲被叫停的项目。每年这个时段，“索菲亚”就会停机入库，“忐忑”等待自己未来的命运。

当然，类似的问题不止出现在“索菲亚”身上。在今年3月提出的2023年美国联邦预算申请中，火星冰绘制者项目、毅力号漫游者火星样本返回地球任务、近地天体探测任务、南希·格蕾丝·罗曼太空望远镜等项目或被叫停，或遭延期。

近日，情理之外却又在意料之中的消息终于传来：美国宇航局和德国航空航天中心宣布将永久关闭“索菲亚”，这台计划运行20年的机载平层红外天文台的浪漫之旅在第8个年头就草草地落下了帷幕。

“索菲亚”的故事告诉我们：作为大科学装置，即使有着足以震撼宇宙的浪漫情怀，如果不能在科学层面做出足够的贡献，它的结局也只能以悲剧收尾。

关键词：哈勃太空望远镜这个名字