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两个望远镜的故事：WFIRST和哈勃望远镜

【两个望远镜的故事：WFIRST和哈勃望远镜】NASA的广域红外勘测望远镜（WFIRST）计划于2020年中旬启用 ， 它将向我们展现出巨大的宇宙全景 。 天文学家可以使用它探索从太阳系到可观测宇宙边缘的所有事物 ， 包括整个银河系中的行星和暗能量的本质 。
虽然它经常被与哈勃太空望远镜相提并论 ， WFIRST却将以一种独特的方式探索宇宙 。
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“WFIRST将在多方面取得令人难以置信的科学进展 ， 从恒星种群和遥远的行星到暗能量和星系结构”WFIRST地面系统项目科学家 ， 哈勃太空望远镜项目科学家KenCarpenter说 。 “在哈勃的基础上 ， WFIRS将帮助我们走的更远 。 ”
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这张信息图显示了美国国家航空和宇宙航行局的三个旗舰任务中精选仪器的互补能力:哈勃太空望远镜和目前正在开发的广域红外调查望远镜(WFIRST)和詹姆斯·韦伯太空望远镜 。 哈勃用红外线、可见光和紫外光观察宇宙 ， 提供了对单个物体更全面、更高分辨率的观察 。 WFIRST将特别扩展哈勃的红外观测 ， 使用一个更大的视野来创建具有同样高分辨率的巨大宇宙全景图 。 韦伯还将进行高分辨率的红外观测 ， 以更窄的视野观测更远的太空 。
哈勃望远镜利用紫外线来捕捉高清细节 ， 并且有助于我们深入研究个体发出的光 。 而WFIRST可以利用可见光和红外光范围 。
WFIRST的每个图像捕捉区域都比满月还大 ， 差不多是哈勃每张所捕捉的100倍 。 因此可以预计 ， 在五年的观测时间内 ， WFIRST的影像将是哈勃30年来迄今所覆盖天空的50倍以上 。
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两个望远镜质量又一样 ， 可以说 ， 一个WFRIS能顶100个哈勃望远镜 。 有着大量数据 ， 研究人员能更加了解这神秘的宇宙 ， 比如其中的暗能量（一种加速宇宙膨胀的奇怪力量） 。
哈勃在探索暗能量方面发挥了重要作用 。 1998年 ， 天文学家们用地面望远镜研究相对较近的超新星来测量宇宙膨胀的速度 ， 惊奇的发现 ， 膨胀速度在增加 。 随后 ， 他们又用哈勃望远镜观测了一段时间 ， 更加确信了这一发现 。 数据表明 ， 虽然有很长一段时间 ， 宇宙的膨胀速度都在放缓 ， 但它在数十亿年前开始加速 。
科学家们可以确定得是 ， 不管到底是什么东西导致的加速 ， 这个东西目前约占宇宙总物质和能量的68％ ， 但到目前为止 ， 我们就没有更多了解了 。 探索暗能量的性质和作用将是WFIRST的主要目标之一 。 科学家们将使用三种勘测方式 ， 从不同角度进行探查 。 该任务的两个大区域调查将测量数亿个星系的形状 ， 并找到数千万个星系的距离 ， 把WFIRST的宽视野图像转换成三维地图 ， 以测量宇宙的膨胀和其中星系的增长 。 WFIRST将帮助我们了解过去暗能量如何影响了宇宙的膨胀 ， 揭示暗能量如何影响宇宙的未来 。
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对宇宙的新视角
当哈勃在红外线 ， 可见光和紫外线下观察宇宙时 ， WFIRST将被调整为看到比哈勃所能观察到的稍宽的红外光范围 。 通过检测更多的光谱 ， 哈勃可以对宇宙中各个物体的许多工作过程进行更全面的描绘 。 WFIRST的设计专门用于扩展哈勃望远镜的红外观测结果 ， 因为对红外宇宙进行大量调查将使我们能够看到之前很难或无法观察到的空间区域中的大量宇宙物体和它们发生的微妙变化 。
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WFIRST的红外功能还将为人们提供一个近距离观察物体的新视角 。 我们银河系的中心密集地分布着丰富的目标 ， 却被遮蔽可见光的尘埃遮住 。 作为一架红外望远镜 ， WFIRST可以用热视镜透过尘埃进行观察 ， 让我们对银河系的内部有新的认识 。
这些观察将使天文学家能够研究恒星的演化-恒星的诞生 ， 生命和死亡 。 WFIRST还计划扩大太阳系外系外行星的数量 ， 届时将发现数千个不同于目前已知的4100个系外行星的行星 。 目前已知的大多数系外行星要么离它们的主恒星非常近 ， 要么是绕其轨道运行的大行星 。 哈勃望远镜直接使用日冕仪（可以屏蔽强光）观测了其中一些行星 。 WFIRST将在此技术的基础上制造一种能更好屏蔽强光的日冕仪 。
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寻找珍惜样本
科学家还将利用WFIRST的宇宙调查获得宇宙中某些最极端物体的大量样本 ， 比如类星体（具有超明亮中心的活跃星系） 。 精确定位它们的位置使哈勃望远镜和其他望远镜能够进行后续的详细观察 。 这些研究将使天文学家能够将星系生长的历史和宇宙的演化拼凑在一起 。
为了使这些研究成为可能 ， WFIRST将比哈勃望远镜更远离地球运行 。 哈勃在我们上方约340英里处运行 ， 而WFIRST将位于距地球约930,000英里（150万公里）的位置 ， 方向与太阳相反 。 在这个特殊的空间中 ， 称为第二个太阳地球拉格朗日点（L2） ， 来自太阳和地球的引力平衡 ， 使航天器保持相对稳定的轨道 。
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在L2附近 ， WFIRST将与太阳同步绕地球公转 ， 使用遮阳板来阻挡阳光并保持航天器凉爽 。 在这个有利位置 ， WFIRST可以在很长一段时间内平稳地观察大片天空 。
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该图像比较了仙女座星系和天空中月球的视在大小 ， 证明了WFIRST将产生的观测类型 。 哈勃望远镜在2010年至2013年之间花费了超过650个小时的时间才能制作出蓝绿色轮廓图像的一部分 ， 但计算表明WFIRST可以在三个小时或更短的时间内观测到同一区域 。 WFIRST的红外观测还将使我们能够透过遮盖尘埃的方式进行观察 ， 以帮助我们进一步了解行星 ， 恒星和星系的性质 。 图片来源：背景图片：《数字化天空调查》和R.Gendler；月球影像：NASA ， GSFC和亚利桑那州立大学；WFIRST模拟：NASA ， STScI和BFWilliams（华盛顿大学）
巨大的挂毯
为了收集尽可能多的光 ， 望远镜需要大的主镜 。 因为WFIRST和Hubble都有一个宽度为2.4米—（7.9英尺）的主镜 ， 它们收集的光量相同 。 尽管尺寸相同 ， 由于技术的进步 ， WFIRST的镜子只有哈勃望远镜重量的四分之一 。
与哈勃类似的光收集 ， 分辨率和红外功能的重叠 ， 我们对WFIRST的期望值还是挺高的 。 例如 ， 哈勃拍摄了一张我们邻近仙女座星系的全景照片作为哈勃仙女座星系库(PHAT)项目的一部分 。 科学家通过在三年的时间内拍摄了7398次曝光 ， 汇编了PHAT图像 。 WFIRST则能以1000倍的速度复制哈勃的PHAT图像 。 这种观察可以揭示恒星如何随时间变化并影响它们所在的星系 。
WFIRST受益于30年来重大技术进步 ， 但是哈勃望远镜将继续改变我们对宇宙的理解 。 在未来几年中 ， WFIRST的大量红外调查将揭示有趣的目标 ， 以供其他特派团跟进 。 哈勃望远镜可以在其他波长的光中观察目标 ， 并将提供紫外线宇宙的唯一高分辨率视图 。 詹姆斯·韦伯太空望远镜可以进行更深入的详细观测 。 将WFIRST的发现与哈勃和韦伯的发现相结合 ， 可能会彻底改变我们对宇宙众多领域的认识 。
“WFIRST的调查并不需要我们确切地知道何时何地寻找令人兴奋的发现-我们将不仅限于在宇宙的灯柱下看 ， ”WFIRST的项目副科学家朱达·麦肯纳里（JulieMcEnery）说 。 “任务将打开泛光灯 ， 以便我们可以全新的方式探索宇宙 。 ”
WFIRST项目的科学家朱莉·麦克内利说:“我们不需要确切地知道何时何地去寻找令人激动的发现 。 我们不会局限于在已开发领域和方式下寻找新事物 ， 而是去扩宽 ， 以一种全新的方式探索宇宙 。 ”
作者:AshleyBalzer
FY:Margaret
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