美国宇航局（NASA）计划建造 宜居世界天文台 (Habitable Worlds Observatory, HWO)，这是一个旨在直接成像并研究类地系外行星的下一代空间望远镜。该项目不仅有望回答“我们是否孤独”这一根本问题，还将推动天文学在星系、恒星形成和宇宙学等多个领域的全面发展。然而，HWO 面临着严峻的资金和政策不确定性，科学界普遍担忧，若无法获得持续支持，该项目可能标志着美国基础科学领导地位的终结，而非未来的新篇章。
下一个伟大的飞跃
天文学的历史就是一部通过更强大的工具看得更远、更清晰的历史。哈勃望远镜和詹姆斯·韦伯望远镜 (JWST) 都曾带来革命性的发现。现在，为了解答下一个重大问题——地球之外是否存在生命——我们需要再次实现跨越。
宜居世界天文台正是为这一目标而设计的旗舰任务，它被视为继哈勃和韦伯之后的又一次世代飞跃。
它的目标不仅仅是寻找有生命居住的行星，更是一个革命性的多功能工具，将为天文学和天体物理学带来颠覆性的改变。
什么是宜居世界天文台？
HWO 的设计继承并超越了其前辈。回顾 NASA 的旗舰任务，我们可以看到一条清晰的技术演进路线：
- 哈勃 (Hubble): 2.4米口径，专注于可见光、紫外光和近红外，可进行在轨维修和升级。
- 韦伯 (JWST): 6.5米口径，专注于红外波段，镜片分段式设计，但无法维修。
- 南希·格雷斯·罗曼 (Nancy Grace Roman): 与哈勃类似，但仪器更先进，尤其配备了性能大幅提升的日冕仪。
HWO 将集大成于一身：
- 口径巨大： 主镜直径至少为 6 米，与韦伯相当，甚至可能更大。
- 波段广泛： 专注于可见光，同时覆盖紫外和近红外波段。
- 可维护升级： 像哈勃一样，设计为可由宇航员在轨维修和升级，延长其科学寿命。
- 核心技术： 配备一台最先进的日冕仪，这是其能够直接看到类地行星的关键。
看见“另一个地球”的技术挑战
直接给一颗围绕遥远恒星旋转的行星拍照极其困难。想象一下，在几光年之外观察我们的太阳系，地球的光芒完全被太阳的强光所淹没。要看到地球，望远镜需要具备：
- 在紫外、可见光和近红外波段观测的能力。
- 巨大的集光能力（即大口径）。
- 能够精确分辨微弱行星和明亮恒星的光谱和成像能力。
- 最关键的是，有办法挡住恒星的眩光。
这就是日冕仪发挥作用的地方。它就像一个内置在望远镜里的遮光板。然而，由于光的衍射效应，简单地用一个圆盘遮挡恒星并不能产生清晰的阴影，反而会在边缘产生干扰光环。
过去，科学家曾设想使用一个独立的、巨大的“星帆”（Starshade）来解决这个问题。这个向日葵形状的遮挡物可以完美地消除衍射，但它也带来了巨大的工程挑战：
- 精确定位： 星帆需要在数万公里外与望远镜、恒星保持毫米级的精确对齐。
- 机动性差： 每次更换观测目标都需要漫长的重新定位过程。
- 极其脆弱： 任何微小的陨石撞击都可能破坏其完美的遮光效果。
幸运的是，日冕仪技术本身取得了飞速发展。其性能以“亮度对比度”来衡量，即能分辨出多暗的物体。
- 哈勃: 对比度约为 10⁻³（千分之一）。
- 韦伯: 对比度约为 10⁻⁵（十万分之一）。
- 罗曼: 预计将达到 10⁻⁸ 甚至接近 10⁻⁹。
- HWO: 目标是达到 10⁻¹⁰（百亿分之一），这足以首次直接成像围绕类日恒星运行的地球大小的行星。
不只是寻找外星生命
虽然 HWO 的首要目标是寻找宜居行星，但它的强大能力将为几乎所有天文学领域带来突破。就像哈勃最初为测量宇宙膨胀率而设计，但其最伟大的发现（如暗能量）却是意料之外的。
凭借其巨大的口径和先进的仪器，HWO 将能够：
- 以前所未有的分辨率观测星系： 能够分辨出宇宙中几乎所有星系内几百光年大小的结构。
- 深入研究恒星与行星的形成： 观测年轻恒星周围的原行星盘细节。
- 推动多个领域的发展： 包括微引力透镜、星系分类、星周介质研究以及超新星等宇宙瞬变事件。
HWO 甚至还有一个尚未分配任务的仪器插槽，可以用来扩展其在远紫外波段的观测能力，从而获得更高的分辨率，绘制出遥远星系中独立的恒星形成区。
阴影下的未来
尽管科学前景无比光明，但整个 HWO 项目却笼罩在一片焦虑之中。与会者普遍担忧：
尽管科学理由充分，但没有人能保证这个天文台最终会获得足够的资金、被顺利设计和建造。
核心的忧虑包括：
- 资金的不确定性： 美国政府能否持续、稳定地为这一长期项目提供资金。
- 人才的流失： NASA 经验丰富的员工已经面临裁员或提前退休，支持旗舰任务的科研机构也受到资金威胁。
- 未来的断层： 年轻一代的科学家是否能得到足够的支持，以便在 HWO 于 2030 年代投入运行时接管它。
我们正站在一个十字路口。21 世纪本应是人类首次在太阳系外发现生命、回答“我们是否孤独”的世纪。但巨大的担忧是，它也可能成为我们放弃基础科学、导致停滞和倒退的世纪。
HWO 的命运将是一个重要的风向标。它究竟会成为 NASA 科学未来的旗舰，还是标志着美国科学辉煌时代的终结？未来几年的决策至关重要。