NASA新一代X射线天文台项目终止

NASA的下一个X射线任务AXIS已被取消

探索高能宇宙的道路清晰而富有吸引力。然而，2025年实施的预算削减措施，至今仍在对NASA的项目进展产生持续影响。

这张钱德拉X射线天文台的艺术概念图已问世多年。自1999年发射以来，钱德拉始终是人类迄今最强大、分辨率最高的X射线天文台，也是美国国家航空航天局（NASA）四大轨道天文台——哈勃空间望远镜、斯皮策空间望远镜、康普顿伽马射线天文台与钱德拉X射线天文台——之一。它持续为我们揭示X射线波段的宇宙图景，并在可预见的未来继续担当人类最先进的X射线天文观测设施。

几十年来，美国国家航空航天局（NASA）一直在规划下一代X射线天文台，因为古老的钱德拉X射线天文台至今仍未被超越。下一代X射线旗舰任务山猫（Lynx）的实施路径包括技术成熟化和一项中间任务：AXIS，该任务已开发多年。然而，NASA近期的人员缩减、戈达德中心部分设施关闭以及ZF停摆，使得满足行政截止期限变得不可能。AXIS任务现已终止，使X射线天文学的发展推迟了整整一代人的时间。

自人类首次探索太空以来，美国国家航空航天局（NASA）始终在空间科学与太空探索领域保持全球领先地位。特别是在天体物理学方面，NASA推出了众多空间望远镜，推动了人类对电磁波谱各波段的认知边界，涵盖高能伽马射线、X射线、紫外光、可见光、红外光乃至微波波段。每当规划建造新的天文观测设施时，科学家们最关注的核心指标便是其发现潜力，即突破现有仪器和观测设备极限的能力。

然而，并非所有波段都得到了同等程度的关注，其中一些波段近年来严重缺乏观测投入。尤其是，目前人类历史上最强大的X射线天文台仍是NASA的钱德拉X射线天文台；而一座真正面向21世纪需求、具备更强综合性能的X射线设施，将有助于解答诸多钱德拉难以触及的科学问题。该设施还旨在为后续更先进任务（如类似林克斯构型的项目）奠定基础，实现前所未有的探测能力、角分辨率和能谱响应范围。

不幸的是，NASA总部于2026年3月9日（星期一）通知了整个AXIS团队：

其任务不具备入选资格，提交的概念研究报告将不进入全面评审流程，且此决定完全基于项目规划层面，与任务的技术或科学内容无关。

这实际上使X射线天文学的发展倒退了约十年，目前看来，最早实现X射线旗舰任务的现实时间表可能要推迟到本世纪中叶甚至更晚。以下是关于AXIS项目的背景、所发生的情况及其影响。

位于我们银河系中心的超大质量黑洞——人马座A，因多种物理过程而发出X射线。我们在X射线波段观测到的耀发现象表明，物质并非均匀、连续地落入黑洞，而是以不规则的方式流动，从而产生随时间变化的X射线耀发。在X射线波段，当前观测分辨率下无法分辨出事件视界；所观测到的辐射完全来自吸积盘结构。图片来源：NASACXC阿默斯特学院D.哈加德等

在科学领域，总有一些重大而紧迫的核心问题，常常成为新建设施或观测站的驱动力。每当现有设施不足以解答这些问题时，自然就需要建造新的设施，以获取所需的数据来寻求答案。在X射线天文学中，这类重大问题包括：

超大质量黑洞的种子源自何处？这些种子的质量有多大？它们是如何形成的？形成之后，又如何增长？星系中物质的关键组分——气体、尘埃和重元素——如何随时间流入星系、在星系内部输运，以及被抛射出星系？是什么机制驱动了横跨整个电磁波谱（包括高能X射线波段）的爆发性与暂现性现象？

这些问题超出了当前X射线天文台（例如钱德拉X射线天文台）的能力范围，原因多种多样。钱德拉的有效面积相对较小，因而集光能力相应有限。它具备良好的空间分辨本领，但对比度仅为中等水平，因此在分辨彼此紧邻、亮度差异显著的源时表现不佳。此外，其观测效率较低且视场狭窄，这意味着需要长时间凝视特定天区才能获得高质量图像，且必须精确指向目标天体。因此，尽管钱德拉在诸多领域表现出色，但上述局限性在应对前述重大科学问题时便显得尤为突出。

要了解星系如何在宇宙时空中生长与演化，包括气体如何落入星系以及如何被驱逐出去，我们需要发展一套多波段观测设施、空间任务和地面设备。这一切都基于《天文学2020年代十年调查》（Astro2020）所制定的规划，并得到美国国家科学院的支持。然而，这一切的实现都依赖于NASA天体物理学项目和美国国家科学基金会（NSF）地面设施在整个2020年代及以后获得充分的资金支持：而这一前景在2026年初仍存在不确定性。

因此，一台在这些方面性能更优的X射线望远镜具有巨大的发现潜力，正等待着被实现。相较于小口径望远镜，大口径望远镜具备更强的聚光能力，从而能够探测到更暗弱的天体，并以远少于现有同类设备所需的时间揭示其精细结构。X射线为探索高能宇宙提供了独特手段，可有效探测温度达数十万乃至数百万度的高温气体所发出的辐射；这类辐射普遍产生于活动星系核、黑洞驱动的各类高能过程及其他极端天体物理环境中。更高的能量分辨率、更优异的点源弥散函数以及更高对比度的成像能力，将共同推动上述科学目标的实现，并显著突破当前同类设备的性能极限。

此外，速度和大视场也是关键考量因素。当暂现事件发生时——例如伽马射线暴、潮汐瓦解事件、超新星爆发等——大量信息编码于X射线波段中，而望远镜能否迅速指向目标位置至关重要。钱德拉X射线天文台不具备此类快速响应能力，而AXIS正是为响应天文警报而专门设计的，从而显著提升我们在时域天文学与多信使天文学方面的观测能力。这些技术进步转化为全新的科学探测能力，而这正是AXIS的核心目标所在。

这组并排图像展示了NASA钱德拉X射线天文台（左侧）与NASA哈勃空间望远镜（右侧）对蟹状星云脉冲星及其周围环境所拍摄的一系列视图。该脉冲星诞生于公元1054年发生的一次超新星爆发，是目前已知最年轻的中子星之一；其周围的环状结构则得益于钱德拉望远镜卓越的X射线观测能力才得以首次发现。图片来源：NASACXCASUJ.Hester等；NASAHSTASUJ.Hester等；stevebd1YouTube

但我们追求的还有一个更大的目标，尽管科学家们很少谈及这一点。当然，我们知道一座新的天文台将同时发现：

更多已知类别物体和现象的实例、更微弱的实例以及更深层次的实例，以及关于这些物体和现象的更为丰富的精细细节。

我们曾见证詹姆斯韦布空间望远镜投入使用后，在观测能力上超越了哈勃空间望远镜和斯皮策空间望远镜；我们曾见证阿塔卡马大型毫米波亚毫米波阵列投入使用后，在观测能力上超越了阿雷西博望远镜和甚大阵列；我们曾见证哈勃空间望远镜投入使用（尤其是经过首次在轨维修升级后），在观测能力上超越了此前所有地面及空间观测设备。对于那些已知的现象，我们将看得更清晰、发现更多同类实例，并能分辨出比以往更丰富的细节。

但我们之所以称之为发现潜力，是因为这些新能力往往能带来真正发现那些你未曾预料到的事物的能力：在使用这些全新手段观测之前，你根本无从知晓它们的存在。我们并不知道这些事物具体会是什么，而这正是推动我们建造并开展观测的动力之一。例如，当初建造ALMA时，我们并不知道它会成为直接拍摄黑洞事件视界图像的关键设施；我们也不曾预料到，JWST会揭示出小行星带和柯伊伯带并非普遍存在，并发现某些恒星系统甚至拥有第三条尘埃带；同样，在哈勃望远镜尝试之前，我们也无法确定深场成像是否可行。我们必须去观测才能有所发现，而要实现这种观测，就必须建造具备全新、更强大观测能力的设施。

最初的哈勃深场图像首次揭示了一些最暗弱、最遥远的星系。在这片相当于伸直手臂时一枚邮票大小几分之一的天区中，发现了约3000个星系。只有通过多波段、长时间曝光观测极遥远的宇宙，我们才能揭示这些前所未见的天体。致谢：R.Williams（太空望远镜科学研究所），哈勃深场团队美国国家航空航天局

事实上，有人（包括我自己）认为，在当前的2020年代中期，就我们现有的空间望远镜阵容而言，X射线和远红外这两个波段是最缺乏代表性的。在天文学界最近一次十年期调查中，这两个波段都曾被考虑作为旗舰任务——分别是X射线波段的山猫（Lynx）任务和远红外波段的起源（Origins）任务——但该调查委员会并未直接从四个候选任务中挑选一个，而是推荐了一条不同的路径：

应同步开展X射线、光学紫外红外以及远红外三大类提案的研制工作；其中，光学紫外红外方案应综合借鉴现有相关概念任务的设计理念，融合其优势，构建下一代旗舰级空间天文观测设施——宜居世界天文台；而X射线与远红外方向则应聚焦于关键核心技术的攻关，并通过分别规划一类探索者级任务作为技术验证与前期实施路径。

X射线探测器类任务为AXIS，远红外探测器类任务为PRIMA。这两项任务均获得少量资金支持（约500万美元，约占任务总成本的0.5%至1%），用于开展概念研究，且明确二者将竞争同一入选名额。双方需分别提交完整的任务概念研究报告供评审；随后，由美国国家航空航天局总部组成的评审专家组对两份报告进行综合评估，最终择优确定一项任务进入后续阶段。

PRIMA（用于天体物理学的远红外探测任务）远红外任务（右图）与AXIS（先进X射线成像卫星）X射线卫星（左图）均已进入最终阶段，以争取获批成为一项耗资10亿美元、于2032年开展的宇宙探索任务。相关概念将继续推进，并将于2026年选出唯一胜出方案，前提是资金保障到位。图片来源：ChristopherReynolds与AlbertoBolatto

然而，随后情况发生了变化。所谓ZF效率部（DOGE）上台后，大幅削减了数亿美元的各类项目经费。美国行政管理和预算局（OMB）局长在未经国会批准的情况下，暂停向多个NASA项目和设施拨付已由国会批准的资金；而2025财年提出的2026财年预算草案，则拟终止超过40项正在开展或计划中的NASA任务，其中11项属于NASA天体物理学领域，包括AXIS和PRIMA等任务。

随后，2025年发生了一次ZF停摆事件，导致自10月1日起至11月12日止，所有非必要岗位的联邦ZF雇员被临时停职，共计影响了当年工作日总数的12%。2026年1月，一批美国国家航空航天局（NASA）员工因离职、辞职、退休（含提前退休）等原因正式结束聘用关系，使NASA员工总数由2025年初的逾17,000人减少至当前不足13,000人。此外，多处NASA设施、图书馆、员工餐厅、游客中心等也相继进行了调整与优化。

尽管2026财年的总统预算申请尚未签署成为法律，但美国国家航空航天局（NASA）的管理人员在2025财年最后三个季度已积极采取措施落实其中提出的调整，包括裁减超过4000名员工。该预算提案中按NASA不同预算领域划分的削减内容如下所示，这些削减和资源重新分配至今仍在对各项任务和项目产生影响，即便相关资金后来已获恢复。资料来源：美国参议院商务、科学与交通委员会，2025年

其中三个因素在导致AXIS任务失去入选资格方面起到了关键作用。

一个位于詹姆斯韦布空间望远镜（JWST）拍摄的阿贝尔2744星系团（又称潘多拉星系团）背景中的遥远星系，发出强烈的X射线辐射，其特征与一个质量介于1000万至1亿倍太阳质量之间的黑洞相符。该星系自身的恒星总质量也大致处于这一量级，因此成为揭示早期宇宙中黑洞与星系协同演化关系的首个关键例证。图片来源：NASACXCSAOÁkosBogdán；红外图像来源：NASACXCSAOL.Frattare&K.Arcand

每当开展一项任务时，都需要经过所谓的成本核算流程，其中包括开展诸如此类的工作：

评估任务相关的劳动力需求，开展成本与设计的迭代优化过程，以确保任务在预算和进度范围内实施，并预留充足时间，供团队识别和落实各项成本与进度优化措施。

但AXIS任务遭遇了一系列障碍，这些障碍只能被描述为美国ZF自身造成的多重问题，尤其是对美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心部分工作的影响。其中包括多名关键学科工程师的流失，而这些工程师本是评估任务人力需求所必需的。在任务设计方案最终确定后，资源重新调配导致初期成本估算工作直至数月后才得以完成。随后，ZF停摆又持续了关键的六周时间。紧接着，在当年初冬时节，戈达德太空飞行中心执行评审流程强制要求项目进入暂停工作状态。

简而言之，AXIS团队未能就其识别出的成本节约与进度节约方案开展充分研讨；因此，他们陷入极为被动的境地：要么提交一份周期过长、预算过高的概念研究评审报告（导致在进度与成本方面均无法满足要求），要么干脆不提交该报告。

与詹姆斯韦布空间望远镜（JWST）协同工作，下一代X射线天文台，例如拟议中的NASA山猫（Lynx）任务或由欧空局（ESA）主导、NASA参与支持的新雅典娜（NewAthena）任务，将成为深入理解宇宙的终极互补手段。若缺乏其中任何一项，或NASA的AXIS任务，X射线天文学界仍将处于能力受限的状态，在未来相当长一段时间内仍不得不依赖钱德拉望远镜已显陈旧的观测能力。

AXIS团队在面对看似不可能的局面时，采取了唯一可行的做法：竭尽全力。他们继续推进提交工作，并明确了实现成本合规与进度合规方案的路径。

美国国家航空航天局（NASA）总部收到了AXIS团队的提交材料，并认定该团队的立场不可接受。NASA工作人员未对该方案开展任何技术评审，也未就AXIS的技术提出任何疑虑。事实上，AXIS概念研究在A阶段所开展的工作，在推进多项关键技术方面取得了若干重要进展，涉及领域包括：

下一代X射线光学系统，采用镀铱、应力补偿型镜面单元，单个镜面单元已实现亚角秒级性能；建成首个验证用镜组模块，在装调、支撑与粘接等方面积累了宝贵经验；研制出满足AXIS任务所需读出速率与能谱分辨率要求的电荷耦合器件。

同样，AXIS的科学目标也被评审为非常出色，并且此后其优势进一步增强。作为A阶段工作的一部分，《AXIS社区科学白皮书》已经完成，无疑将在未来多年甚至数十年内为X射线天文任务的概念设计提供重要参考。然而，在历经九年多的深入工作之后，AXIS项目已正式终止，科学界目前寄望于未来能有一项小型或中型X射线天文任务获得立项。大家也衷心祝愿PRIMA团队在其争取成为NASA下一代探针级任务的努力中取得圆满成功。

在经历成本评估并缩减规模后，欧空局原定的雅典娜（先进高能天体物理望远镜）任务已重新设计并更名为新雅典娜，计划成为21世纪最强大的X射线天文台。该任务目前预计于本世纪30年代中期发射。它将不与AXIS任务协同开展工作，后者已于此前终止。来源：雅典娜社区办公室（ACO）

这是首次出现由委托开展概念研究的ZF机构直接导致该研究被终止的情况。特别是戈达德太空飞行中心的X射线反射镜实验室，因多次停摆、资源被违规重新调配以及人员在压力下提前退休而遭受严重冲击。NASA管理层在预算尚未正式获批前，便率先执行拟议中的经费削减方案——此举系史无前例——致使我们在未来多年内不得不依赖上世纪九十年代末期的技术水平来探索高能宇宙。

正如一位天文学家所言：我们解雇了所有能胜任这项工作的人，却因你未能完成而惩罚你。事实是，若缺乏AXIS任务，下一代高分辨率Xray成像空间望远镜接替钱德拉（Chandra）的最早发射时间，将至少推迟二十余年，甚至更久。历史经验表明，一台空间望远镜从概念提出到建成并具备发射条件，通常需要约三十年。目前，在NASA的Lynx任务、ESA的Athena任务以及NASA的AXIS任务均未推进的情况下，尚无任何X射线天文任务处于实质性规划或研制阶段，这使得这一极为重要的天文观测领域难以迈入新时代。值得注意的是，近期曾出现大幅削减钱德拉经费的动议，一旦实施，人类将彻底失去旗舰级X射线空间观测设施。

天体物理学的太空探索前景正面临严峻挑战，而美国国家航空航天局（NASA）某项任务的取消，或许预示着未来将有更多科学任务面临类似命运。宇宙浩瀚，静待人类去探索与发现。然而，若我们未能及时调整科研投入与发展战略，未来数十年间，我们或将逐渐丧失开展X射线天文观测的能力，甚至可能波及更广泛的太空科学探测领域。

科学与技术、天体物理学、天文学、空间探索、空间望远镜

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