美國版暗能量探索計畫前途不亮

49太歲

 

　　哈柏望遠鏡後繼有人 - 詹姆斯韋伯太空望遠鏡，但此計畫至少還需要16億美元，加上數年光陰，才有可能完工上路。

　　誰與爭鋒？誰在擋路？這是放置在都柏林某處的一個詹姆斯韋伯太空望遠鏡的模型。一個稱為「歐幾里德」的歐洲版暗能量探索計畫，盡快可於2018年發射升空。

　　一艘造價達16億美元的太空船，一個野心勃勃的計畫，要調查使宇宙加速膨脹的神秘力量，還要搜尋繞行其他恆星的系外行星！這個偉大計劃幾時上路？前景有如迷霧濛濛。

　　最近NASA說，詹姆斯韋伯太空望遠鏡計畫由於成本超支和專案管理不善，發射升空時間，可能還要推遲十年。消息一出，震驚許多美國天文學家：因為，這連帶影響到，美國會在「暗能量」探索的計畫上，輸給歐洲那邊的競爭對手，屈居第二。暗能量的發現者之一，加州大學柏克萊分校天文學家浦大衛(Saul Perlmutter)便感慨的說：「有生之年，我們還剩下幾件事是能真正激勵新一代科學家的呢？」現況使美國人意識到一個潛伏的危機：「我們似乎已開始放棄，在重要基礎物理學領域的領導地位。」

　　去年夏天，經過10載辯論和爭吵，「美國國家科學院」的評議委員會終於決定，要將所有目標2020年前達成的太空計劃中，所謂「最優先計劃」的那個殊榮，頒給一顆名字叫Wfirst的衛星型望遠鏡，（Wfirst: Wide-Field Infrared Survey Telescope，「寬視野紅外線巡天望遠鏡」）。它除了要負責尋找、精確的測量暗能量，另外一項工作是尋找系外行星。

　　但是，NASA卻「將了」國家科學院委員會「一軍」。2010年11月，NASA突然宣布說：「詹姆斯韋伯太空望遠鏡，將延遲發射，預定最早於2014年才能升空，且需再投入16億美元，及額外數年的時間，才能完成」，這意味著原訂2020年完成的下一個10年天文大計畫，順勢遞延，最早也必需到2022年才能完成 - 是的，詹姆斯韋伯太空望遠鏡將為我們搜尋到宇宙有史以來第一代恆星和星系(這是接續哈柏太空望遠鏡的工作）；但，它可不負責找暗能量。

　　這麼說，2025年以前 - 或者說，美國下一個太空計畫終於可以升空執行任務的未知何時 - 美國天文學家該做什麼呢？NASA提出了一個計畫：他們可以購買歐洲版暗能量任務「歐幾里德」計畫的20%股份！（歐幾里德盡快可以在2018年升空）。

　　但是，不只浦大衛博士，還有其他許多美國的天文學家，也全都一致這麼認為：「這令人很困惑，外加上難以想像：如果我們現在投入歐幾里德計劃，將來還能再做我們自己的暗能量計畫嗎？。」

　　任職卡內基科學研究院的天文學家伯斯(Alan P. Boss)說：「如果歐幾里得計畫取得領先，那麼，這整個領域都將屬於他們所有，面對這樣的發展，未來美國恐將無計可施。」由伯斯所領導的委員會，是負責向美國NASA提出建議的天文物理委員會。

　　上個月，美國國家科學院委員會小組，第二次召開會議，審議了「歐幾里德」合作案，此舉更進一步證實了美國天文學家們所擔心的問題。與會人員指出，當初Wfirst獲得最高優先排名推薦的部分原因正是在於，它是個「進度只准超前、不許落後」的計畫，會議中，該小組最後敦促NASA：要麼，一切都按原訂計畫進行，否則，Wfirst就乾脆與歐洲版的歐幾里德案能量計畫合併，變成歐美合作的聯合計劃。

　　目前唯一一件每個人都同意的事情是，現階段，「米還是生的，飯還沒煮熟」，事情還有變化的空間。歐幾里德仍有待歐洲航天局批准同意，在正式批准以前，它還有兩個競爭對手，關於計劃變更的事情，歐洲的天文學家們現在一律不想多談。

　　到底完成韋伯太空望遠鏡所需要、但仍短缺的那些經費，要如何能取得呢？NASA，目前也還沒公開表示，所以，十年計畫的經費將會剩下多少讓其他項目可使用，現在仍然是個未知數。2011年2月，NASA即將召開2012年預算會議，屆時有些答案即可揭曉。根據國家科學院去年12月發表的最新報告表示：「現階段要把ESA和NASA融合為一，過程將是一大挑戰，但科學方面而言，顯然，好處多多」。

　　有些美國天文學家擔心：與歐幾里德計劃合併，對於美國在暗能量科學研究工作的成果上，最終將無可避免演變成助長他人之威風，讓歐洲人佔盡便宜。面對這樣的疑慮，任職NASA總部天文物理主任的莫斯博士(Jon Morse)說，「歐洲人為了執行他們自己的計畫，早已經下了很多功夫，許多重要關鍵的能力都已發展成熟。他們在科學上的投資報酬率，表現非常優異」，一年前，所有歐盟國家論文數量的總年產量，已經超過美國，而且持續表現得很好。現在，歐洲的天文學家們已朝向「尋找最頂尖的科學新發現」這個領域步步邁進。

　　毫無疑問，暗能量當然算得上頂尖科學～這是近十年的最新發現，普通常識或宇宙重力，都不能侷限它、它是一種使宇宙膨脹速度加快的東西，但也把所有和宇宙命運有關、甚至生活在這個宇宙中的全部概念，後面一律全都掛上了一個問號，重力，根本不用提，無效；甚至連基本物理學也全都被懷疑：到底是否真的在宇宙各處都一體適用呢？那意思是說，宇宙中有某些地方，搞不好當你的車鑰匙「掉」了，它不是掉到地上，卻反而是一飛沖天、向上而去、黏在車庫天花板上。

　　物理學家對暗能量現象有一個現成的解釋，但大家對這個現成答案不甚滿意，因為答案自己的問題搞不好比問題本身還更大：這個現成的解釋就是愛因斯坦在1917年發明的所謂「宇宙常數」。愛因斯坦認為 - 後來量子理論也證實 - 真空的太空中，可以發揮一種把東西吹散的排斥力。但是，按照理論計算出來的宇宙常數，卻比天文觀測實際量測獲得的上限，至少高出10的120次方倍，這讓物理學家不只頻頻搔首而不得其解，甚至頭髮已經都掉光了也還是解不出來，並且還開始喃喃自語說：「該不會，有多元宇宙吧…」

　　「Ia型超新星爆炸」，又被稱為「宇宙的距離標記」，正是天文學家用來發現暗能量最初所使用的工具。不過，從那時起，其他測量工具也陸續出現，透過使用其中部分工具，天文學家還可以量測到，暗能量如何阻礙了星系的增長和宇宙中其他結構的速度。目前為止，觀測所得與愛因斯坦的常數間，關連性仍然一致，但並非很明確，所以，天文學家需要更精確的測量它。其中許多測量，非常有必要、非得從太空進行不可。所以孕育出「Wfirst」和「歐幾里得」這樣的暗能量探索計畫。

　　原本在美國能源部工作的浦大衛博士，是提出測量暗能量計畫申請的第一人，那個計畫被稱為「超新星加速探測器」計畫（1999年）。2003年，白宮要求能源部與NASA就浦大衛的這個計畫項目展開合作。隨後沒多久，NASA和能源部便發現，彼此很難合作：會開了很多，委員會也組了幾個，結論呢？掛蛋。浦大衛博士說：「這個經驗就好像一次想騎上兩匹馬一樣，本來以為會快點到目的地，結果只是個錯誤示範。」

　　2008年，NASA和能源部同意給這個合作計劃一筆6億美元的預算，（還不包括發射費用呢），但科學家工作小組，最後卻實在沒辦法設計出一個合適的科學提案，是不超過這個預算規模的。

　　於是，有些人這麼猜想：「或許，要是得的到國家科學院的支持，事情應該會比較順利。」為了可以進行更高階、造價更貴的專案經費，卡內基學院的莫斯博士送交了另一個暗能量任務版本給國科院評議小組–然後，評議會小組從整體送審的所有項目中發現：其中一共有三個項目 –分別和「暗能量」、「搜尋系外行星」和「紅外輻射普查」有關 – 他們所需要的硬體設備其實都有所重疊，於是建議，何不將它們三個結合起來，成為一個更大的計畫，然後這個計畫就更有希望能在2020年前發射。這個「三合一」的大計劃，就是Wfirst。嗯，對國家科學院十年評議委員會的小組成員來說，這個提案不僅在當時是個好主意，今天回頭看，仍然是筆美妙的交易。

　　不過，於此同時，歐洲航天局也將「暗能量」研究工作的優先順序調高了。去年二月，歐洲人向美國NASA發出一封信，提議：讓美國人擁有20%歐幾里德，外加上在「科學家工作小組」中佔有兩個席次，但，令美國天文學家備感矛盾的是：參加歐幾里德計畫，只怕是會分散稀釋了自己的資源，結果當然是，美國版計劃的完工時程，將更往後拖延。

　　2010年9月，由卡內基研究所伯斯博士領導的NASA天文物理諮詢委員會，做成結論說：歐幾里德只需再花三，四年時間 - 早在Wfirst能發射升空之前 - 就足以將暗能量研究的大局佈置完成、一手掌控了。

　　此時，韋伯太空望遠鏡的問題還在每況愈下。這個在2000年時獲美國國科院列為最高優先的這個計畫，雖然迄今已耗資50億美元，但卻毫無可能可以在2015年前啟動！甚至很可能還會更晚！為什麼？因為像是「望遠鏡測試」這樣的事情，到現在，NASA都還無法正確估計出到底何時才能做完！這麼說來，等到NASA解決掉韋柏望遠鏡的問題以後，現在國家科學委員會能留給下一代新計劃的22億元，到底還會剩多少？大家都只能用力的猜…答案，只有天知道。

　　最重要的是，當然NASA還面臨財政方面的難題，共和黨大砍聯邦預算後，財政複雜度更是雪上加霜。

　　一部分天文學家義憤填膺的聲稱，兩年來一直負責向國家科學院評議小組進行計畫簡報的摩斯博士，根本應該被開除，為何這段時間以來，他深知內情，卻毫不吭聲？

　　摩斯博士則說，他理解同事們的感受，並且和大家一樣深感沮喪。但是他說，他一直都警告大家，他們2020年的新計劃前途是與韋伯望遠鏡的進度息息相關的，大有可能會因韋伯望遠鏡的進度落後而發生重大危機，這一直都是個大家已知的問題！要怪，就怪財政政策！一年前能想像到的國家財政困難，遠不如現在這麼糟。

　　2010年12月，NASA開始向有意加入歐幾里得計畫的天文學家徵求科學研究提案，並開始提名程序，將在2011年2月召開會議，正式開始規劃 Wfirst。

　　從一些人的觀點來看，參加歐幾里德計劃有幾個問題，第一：它竟然不包括超新星觀測計畫，而超新星爆炸，正是起初得以發現暗能量的技術。再說，美國合併於歐幾里得計畫後，也不能再擔任主角。

　　從另一個角度來看，部分天文學者認為：無論從預算或其他各方面來講，過時的建議，恐怕早已經與新的現實脫節了，繼續墨守這樣的舊規則而執行到底，恐怕只會使美國進一步錯失，近年內舉世唯一的一個暗能量探索計畫。或許，在這個關鍵的節骨眼上，總該有點新思維了吧。

　　原美國國家科學院小組主席也同意，或許時候已到，美國人的腦筋該轉個彎了：「無論暗能量或系外行星，兩者都是很大、很重要的科學領域，一向都引起公眾的注意，而且，目前，美國在這兩個領域中，都位居主導地位。不得不將手中投資和機會拱手讓賢，雖然的確聽起來很可怕、滿像是個恥辱，但並不因此意味著，我們非得視歐洲人為敵人、或非贏不可。」

　　暗能量發現者之一的浦大衛博士對此點頗有同感：「我們難過的是，畢竟大家一直都很努力，卻好像白忙了一場。不過，雖然我們都覺得「上檯面」很重要，畢竟並沒有誰是真的壞人。無論如何，說到底，我們都是科學家，最後希望看到的無非是科學工作能夠完成。」


《 本帖最後由 49太歲 於 2011-1-20 09:48 編輯 》