太空望远镜一直是天文学家们研究并且 探索 宇宙的“科学之眼”，现代天文学家一直都在利用各种类型的太空望远镜数据计算，这些数据改变了我们对宇宙的看法。不同类型的太空望远镜对于现代宇宙学同等重要，但是又各司其职，负责以不同的视角观察宇宙。说到现代比较重要的太空望远镜，比如康普顿伽玛射线太空望远镜，钱德拉X射线望远镜，哈勃太空望远镜和斯皮策太空望远镜等等。它们可以使我们在伽玛射线，X射线，紫外线，可见光和红外波长范围内观察宇宙，这就是现代天文学太空望远镜多样性的重要意义。
说到太空望远镜，我们最了解的就是哈勃。太空望远镜的这种观测形式在1960年代就被认为是天体物理学的最佳选择，所以天文学家在1970年代就设想了一个可以带领现代宇宙学前进的太空望远镜，最初哈勃的任务包括测量与其他星系的距离并表征星系结构等等。没想到的是，哈勃还可以研究系外行星的大气，随着观测的深入，天文学家们发现，单一的光学望远镜无法满足观测的需要，所以天文学家们之后设计了很多以不同角度观测宇宙的太空望远镜。
我们从哈勃学到的关键一点是，宇宙学是一项令人激动的科学，拥有很多未知数，所以我们最好的观测宇宙的办法就是未雨绸缪，以十年甚至二十年为一个时代，提前详细规划未来十年，或者粗略规划未来二十年整个天文学或者宇宙学的方向和路线，如果有错误，我们可以随时改动，取消计划，这就是未雨绸缪的好处。现在正是2020年，新的十年开始了，未来，我们的宇宙学将如何发展？天文学家们在对太空望远镜方面有什么规划？
2020年代，大家知道有两个最关键的太空望远镜项目，分别是詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）和WFIRST太空望远镜。未来10年的计划非常巧妙，从詹姆斯韦伯和WFIRST的观测重点我们就可以看得出来。詹姆斯韦伯具有100倍哈勃的成像能力，而且詹姆斯韦伯是红外太空望远镜，特殊视角可以让JWST可以看到星系的深处，在宇宙复杂的观测环境下游刃有余。而WFIRST也是红外太空望远镜，不过WFIRST的强项是成像区域和工作效率，WFIRST工作之后的三个月就可以超过哈勃过去30多年的效率，另外WFIRST的成像范围是哈勃和JWST的100倍。一个大范围成像，高效率观测，一个成像素质极高，集中观测，未来它们的配合可以说是天衣无缝。
不过有了WFIRST和JWST还不够，天文学家明白，宇宙奥秘无穷无尽，我们还需要更强大的观测阵列才可以了解宇宙，所以现在天文学家们已经开始计划2030年代，也就是10年之后太空望远镜项目了。太空望远镜对每一位天文学家都很重要，就好像人类的眼睛，你看的多远取决于你的视力。在太空望远镜领域，那就是取决于太空望远镜的类型和科学载荷的强大程度。
接下来，我们提前进入下一个十年。一起了解已经确定了的，未来二十年的太空望远镜的发展项目吧，这对于天文学和宇宙学来说非常重要。
这四个任务是天文学家团队们为未来准备的顶级的天体物理学任务，这些任务还没有最终定价，但这些顶级任务的成本通常会超过30亿美元。比如我们知道的，由于多年的延误和成本超支，JWST预计的预算达到了100亿美元，所以这四个任务也可能是未来二十年所有天文观测的科学任务中最昂贵的。这四个任务对应着四台太空望远镜，旨在研究诸如恒星，星系，黑洞，暗物质暗能量和系外星球等天体或者宇宙结构。
LUVOIR
我们首先看到的是和詹姆斯韦伯任务优先级极为相似的LUVOIR太空望远镜项目，大型紫外线光学红外测量仪LUVOIR是在2030年代中期进行的四个天体物理学任务之一。 LUVOIR科学与技术定义团队表示任务过程非常复杂，因为任务团队设计了两个版本的任务。分别是LUVOIR-A（直径为15米的主镜）和LUVOIR-B（主镜直径大约8或9米），这两个任务的不同除了在主镜方面，就是A计划需要配备单独的遮光罩，B计划则没有。最终版本还没有确定，但是两个版本运行的轨道都是在日地L2拉格朗日点（距地球约150万公里）运行。
LUVOIR携带了三套仪器十四个科学载荷来观察宇宙，包括紫外光套件，普通光学套件和红外套件。由于LUVOIR可以进行近红外波长的光谱观测，所以除了遮光罩之外，LUVOIR还需要装载主动冷却光谱仪，这增加了很多成本。不过成本增加是有效果的，LUVOIR上的仪器将能够以前所未有的分辨率拍摄远距离物体的清晰图像，并且还可以将聚集的光分解为各种颜色，从而解码出有价值的信息。
LUVOIR旨在解决各种天文学研究项目，是一个全能型太空望远镜，寻找可能有生命活动的系外行星，研究恒星和星系的形成和演化。绘制整个宇宙中的暗物质地图，成像太阳系中的物体等等，LUVOIR都可以做到。关于这个项目，天文学家很兴奋：“不管您是什么领域的天文学家，LUVOIR都可以提供详细准确的数据。”
HABEX
其实LUVOIR就好像现在的哈勃和未来10年的詹姆斯韦伯，在整个宇宙学领域中举足轻重。而接下来我们要说的项目可能没有那么全能，但是在系外行星领域它是佼佼者。HabEx是我们要说的第二项任务，它可以直接成像像太阳一样的恒星系统和行星系统。HabEx对所有类型的行星都很敏感，不过HabEx的主要目标是直接对类地球系外行星进行成像，并表征其大气成分。通过测量这些行星的光谱，HabEx将搜索可居住性的特征，例如水和大气中的其他物质，通过这些分析就可以了解星球上的生物活性指标。
除了在类似地球的系外行星上寻找生命之外，HabEx还可以进行其他的天体物理学研究，不过HabEx主要还是针对单体系统进行研究，比如一个恒星系统或者单个行星等等。简而言之HabEx是一个大型太空望远镜项目，具有前所未有的分辨率，对紫外线，光学和近红外光敏感。此外，HabEx概念特别引人注目，因为与它相关的技术已经成熟了，在这四个太空望远镜项目中，我们可能首先看到的就是HabEx。
LYNX
钱德拉X射线太空望远镜是现存的太空望远镜阵列，其优秀的X射线源观测能力带领我们了解了很多黑洞X射线喷射现象。接下来我们要说的就是第三个望远镜项目——Lynx太空望远镜，Lynx将携带一种革命性的科学载荷仪器套件，可以理解为是钱德拉的继承者。 Lynx是钱德拉数据吞吐量的50倍，成像素质空间分辨率是钱德拉的121倍。我们知道在研究宇宙的时候空间分辨率很重要，Lynx凭借其新光学设计，可以将亚秒级的空间分辨率保持到十弧分。另外，Lynx比钱德拉的观测面积提高了16倍，结合数据吞吐量的五十倍数值，这将使Lynx的X射线成像速度比钱德拉快800倍。
这张图像是钱德拉拍摄的开普勒超新星遗迹，耗时8.7天。如果让Lynx拍摄的话，Lynx可以在几个小时内在更大的视野范围内拍摄出更加清晰的图像。Lynx光学器件是集成性的，它们代表了相对于钱德拉X射线光学观测技术的变革性进步，高清晰度X射线成像仪是Lynx最锐利的眼睛，所以天文学家们也叫Lynx是山猫太空望远镜。
ORIGINS
宇宙早期星系是如何演化的？可居住的行星是如何形成的？宇宙当中有多少拥有生命的星球？随着观测的深入，问题也越来越多。不过起源太空望远镜可以回答这些问题，起源太空望远镜是在中远红外线波段工作的太空望远镜，它强大的光谱仪器和灵敏度，比迄今为止在太空中飞行的最大的望远镜赫歇尔的灵敏度还要高三个数量级。
天文学家推荐给起源太空望远镜配备一个直径5.9米的主镜和四套科学仪器。首先是中红外仪器套件，这组套件可以同时测量20个光谱为2.8µm的行星，远红外成像偏振计套件能够提供数千平方度µm的宽成像视图，而起源调查光谱仪套件可以覆盖从25到588µm波长，还有一个套件暂未确定。
其实起源的科学载荷还不是重点，因为起源太空望远镜其实是天文学家第一次为最小化而设计的。该望远镜有一个高度集成的结构，发射后只需很少的部署操作就可以工作，效率更高，另外起源的低温系统充分利用了JWST的技术和经验。
现在，我们对未来的四大太空望远镜阵列都有了新的了解，从这里我们也可以看到，未来的太空望远镜不只是科学载荷更强，参数成倍増长，更有天文学家和工程师们的新挑战。比如起源，如何把太空望远镜做的小而精，比如LUVOIR，如何制造一个与之配套的望远镜遮光罩配件等等。
未来的天文观测一定会更精彩，随着太空望远镜制造科学的不断进步，我们对宇宙的疑惑也会一一解开。未来就是现在，规划更可以超越未来，期待2030年代四大太空望远镜的表现。