告別“索菲亞”：天文臺不能只靠浪漫情懷

聽到“索菲亞”這個名字，你腦海中的第一印象是什么？端莊美麗的東歐女郎？熱情奔放的西班牙民謠？還是佇立在伊斯坦布爾或者哈爾濱的拜占庭風(fēng)格大教堂？不管是哪一個，和這個名字聯(lián)系到一起的一定會帶有一絲神秘的色彩，充滿了浪漫的氣息。

其實，這份浪漫的來源是大型噴氣式飛機與紅外天文望遠鏡的完美結(jié)合——平流層紅外天文臺，英文縮寫SOFIA，也就是“索菲亞”。毫無疑問，一切浪漫與神秘的背后是一段或曲折、或坎坷的動人故事。

美國宇航局的“索菲亞”望遠鏡

驚艷登場

天文學(xué)家喜歡在孤立高聳的山峰上建造望遠鏡，既是為遠離城市的燈光“污染”，也是為盡可能地站在地球大氣層的高處。煙、霧、水蒸氣和其他氣溶膠都會阻擋光線到達地面，對宇宙光譜測量工作產(chǎn)生干擾，進而削弱了地面上進行的科學(xué)觀測的質(zhì)量。

1965年前后，美國宇航局啟動了機載天文計劃，對已退役的大型噴氣式飛機進行改造，搭載天文臺，飛行在海拔12500米的高度。這樣就可以使天文望遠鏡的工作高度凌駕于地球大氣層的絕大部分水蒸氣之上，獲得比地面望遠鏡寬廣得多的紅外觀測范圍。科研人員認為，采用飛機平臺要比太空中的衛(wèi)星更有優(yōu)勢，因為飛機能夠飛到地球上的任意經(jīng)緯度，以觀測某一特殊事件。

經(jīng)過幾個試驗項目，計劃步入高潮——“索菲亞”于1996年由美國宇航局和德國航空航天中心聯(lián)合立項，將1臺2.5米口徑的卡塞格林式紅外波段望遠鏡搭載于名為“林德柏林快船號”的波音747飛機上。由于將望遠鏡直接對準(zhǔn)陽光會損壞光學(xué)設(shè)備，所以“索菲亞”只在夜間出動，執(zhí)行天文觀測任務(wù)，又得名“噴氣吸血鬼”。

“索菲亞”最與眾不同的部分是后機身的凸出段。望遠鏡安裝在飛機的非增壓艙內(nèi)，在飛機左側(cè)開了1個約4.37米寬、5.74米高的門，作為觀測窗口。美國宇航局曾驕傲地透露：當(dāng)“索菲亞”的望遠鏡門在上萬米高空打開時，機艙內(nèi)沒察覺到的額外震動；門打開后，理論上阻力大增，但實際只增加2%的耗油量，這充分證明這扇門的空氣動力設(shè)計之優(yōu)秀。

2010年11月30日，“索菲亞”開始進行首次完整的科學(xué)研究飛行。不久，它陸續(xù)獲得了木星大氣、獵戶座大星云和星系M82的數(shù)據(jù)。2014年正式投入運行后，“索菲婭”的紅外設(shè)備穿透了星系中的塵埃，直接觀測到年輕恒星的形成，測量了星系磁場，還在月球的太陽照射面發(fā)現(xiàn)了水的痕跡，甚至探測到了宇宙中形成的第一種分子——氫化氦。

除了保證自由的觀測時間和便于維護外，“索菲亞”能夠立項的更主要的原因就2個字——省錢。和動不動投入幾十億美元的空間望遠鏡項目相比，前期僅投入幾億美元的“索菲亞”怎么看都是物超所值，而改造二手飛機、與國外研究機構(gòu)聯(lián)合工作的行為似乎也將“精打細算”發(fā)揮到了極致。但隨著“索菲亞”進一步投入使用，大家卻突然發(fā)現(xiàn)：“噴氣吸血鬼”逐步變成了“資金吸血鬼”。

左圖：飛行中的同溫層紅外線天文臺。右圖：機艙內(nèi)部，負責(zé)操縱望遠鏡和分析數(shù)據(jù)的科學(xué)家坐在機艙后部

“索菲亞”通常從美國加州帕姆代爾的美國宇航局基地飛行，攜帶1組科學(xué)家和技術(shù)人員，每晚觀察天空8～10小時。偶爾，它也會遷移到新西蘭，研究南方天空的目標(biāo)，比如銀河系的中心。每年“索菲婭”約進行100次任務(wù)，每次任務(wù)耗資將近100萬美元。美國每年為該項目提供8500萬美元，德國提供2000萬美元，僅次于哈勃太空望遠鏡，是天體物理學(xué)中第二昂貴的運營任務(wù)。

作為最著名的空間望遠鏡，哈勃太空望遠鏡的科學(xué)產(chǎn)出十分可觀。2014～2019年，也就是“索菲亞”運行時期的前6年，哈勃太空望遠鏡幫科研團隊發(fā)表了900多篇科學(xué)論文?！八鞣苼啞钡馁Y金投入接近哈勃太空望遠鏡，科學(xué)產(chǎn)出“理應(yīng)”并不遜色，結(jié)果卻是令人失望的。

2019年，美國宇航局審查發(fā)現(xiàn)，“索菲亞”并未產(chǎn)出大量被頻繁引用成果。同樣是在2014～2019年，它僅幫科研團隊發(fā)表了178篇科學(xué)論文，平均每年只發(fā)表21篇，在包括29個地面望遠鏡和哈勃太空望遠鏡的列表中排名倒數(shù)第二。至于影響力，以論文引用次數(shù)衡量，“索菲亞”排名最后，可以說是世界上效率最低的望遠鏡。

報告中還透露，“索菲亞”的管理人員試圖最大限度地增加用于觀察的時間，以至于它啟動了過多的觀測項目，其中許多項目從未完成。在“索菲亞”運行期間，只有40%被指定為高優(yōu)先級的提案最終完成。

正是因為“高成本、低產(chǎn)出”，“索菲亞”幾乎每年都會成為美國聯(lián)邦科學(xué)預(yù)算中首當(dāng)其沖被叫停的項目。每年這個時段，“索菲亞”就會停機入庫，“忐忑”等待自己未來的命運。

當(dāng)然，類似的問題不止出現(xiàn)在“索菲亞”身上。在今年3月提出的2023年美國聯(lián)邦預(yù)算申請中，火星冰繪制者項目、毅力號漫游者火星樣本返回地球任務(wù)、近地天體探測任務(wù)、南?！じ窭俳z·羅曼太空望遠鏡等項目或被叫停，或遭延期。

近日，情理之外卻又在意料之中的消息終于傳來：美國宇航局和德國航空航天中心宣布將永久關(guān)閉“索菲亞”，這臺計劃運行20年的機載平層紅外天文臺的浪漫之旅在第8個年頭就草草地落下了帷幕。

“索菲亞”的故事告訴我們：作為大科學(xué)裝置，即使有著足以震撼宇宙的浪漫情懷，如果不能在科學(xué)層面做出足夠的貢獻，它的結(jié)局也只能以悲劇收尾。