他们用不到千分之一的成本,造一台和哈勃性能相当的望远镜

他们用不到千分之一的成本,造一台和哈勃性能相当的望远镜
2021年07月28日 09:55 环球科学

  本文转载自公众号“科研圈”(ID: keyanquan)

  SuperBIT 拍摄的“创生之柱”(Pillars of Creation),图片由可见光和紫外波段合成。这是鹰星云中的气体和尘埃,位于巨蛇座方向距离太阳系约 7,000 光年。图片来源:SuperBIT team, from Romualdez et al。 (2018) SPIE 10702。

  翻译 | 周舒义

  编辑 | 戚译引

  来源 | 科研圈(ID: keyanquan)

  英国杜伦大学、加拿大多伦多大学和美国普林斯顿大学与美国航空航天局(NASA)、加拿大航天局(Canadian Space Agency)合作,建造了一台名为 SuperBIT 的新型天文望远镜。它由一个足球场大小的氦气球运载,在99.5% 质量分数的地球大气层之上飞行。该望远镜将于 2022 年 4 月首次投入使用,部署后将拍摄可与哈勃空间望远镜相媲美的高分辨率图像。多伦多大学博士生穆罕默德·沙班(Mohamed Shaaban)在 7 月 21 日星期三的英国皇家天文学会全国天文学会议(RAS NAM 2021)上发表了在线演讲,介绍 SuperBIT。

  来自遥远星系的光芒需要经过数十亿年才能抵达我们的望远镜。在最后的万分之几秒里,光线必须穿过地球大气中的涡旋和湍流。我们观测到的宇宙图景会因此变得模糊不清。地基天文台建在高海拔地区,可以部分缓解这一问题,但迄今为止,只有把望远镜架设在空间,才能彻底摆脱大气层的影响。

  超高压气球运载成像望远镜(Superpressure Balloon-borne Imaging Telescope,SuperBIT)镜面口径 0.5 米,由一个氦气球运到 40 千米的高空。氦气球容积 532,000 立方米,差不多有一个足球场那么大。

  该设备在 2019 年的最后一次试飞中展现出非凡的指向稳定性,一个多小时内的指向变化幅度才不到三万六千分之一度。这会使望远镜能够获得像哈勃空间望远镜一样清晰的图像。

  2016 年 6 月,SuperBIT 在 NASA 位于美国得克萨斯州的哥伦比亚气球科学设施(Columbia Scientific Balloon Facility)试飞。图片来源:Richard Massey / Durham University

  此类项目前无古人,不仅因为它极度困难,还因为气球只能在空中停留数个晚上——对于一个雄心勃勃的实验来说,这时间实在太短了。不过,美国航空航天局最近开发了一种“超高压”气球,能够在充满氦气后保持数月。SuperBIT 计划于 4 月在新西兰的瓦纳卡(Wanaka)发射下一个持久存续的气球。乘着稳定的季风,它将环绕地球数周——夜间观测天空进行成像,白天则使用太阳能电池板为电池充电。

  首台 SuperBIT 望远镜的建造和运行预算为 500 万美元(约合人民币 3,200 万元),成本仅为同类人造卫星的千分之一。这不光是因为气球要比火箭燃料便宜,还因为 SuperBIT 的有效载荷能返回地球并重新发射,这意味着它的设计可以在多次试飞中不断调整、改进。人造卫星必须一次性成功,因此通常具有(极其昂贵的)设计冗余,使用的技术必须经过以往太空任务的验证,往往是十年前的“古董”。现代数码相机每年都在迭代改进——所以开发团队赶在 SuperBIT 上次试飞的前几周为其购买了最前沿的相机。这一空间望远镜将会不断升级,在未来每次飞行中配备新的仪器。

  哈勃空间望远镜难免会出现故障,总有一天它将无法修复,彻底坏掉。在那之后的 20 年里,欧洲航天局(ESA)和美国航空航天局开展的任务将只能在红外波长(如将于今年秋季发射的詹姆斯·韦伯空间望远镜)或单光学波段(如将于明年发射的欧几里得天文台)进行成像。

  届时,SuperBIT 将成为世界上唯一涵盖多色光学和紫外波段的高分辨率观测设施。项目团队已经筹到资金,计划将 SuperBIT 的望远镜口径从 0.5 米升级至 1.5 米(气球最大能承载口径约 2 米的望远镜)。从而将聚光能力提高十倍,再加上更广阔的镜头视角和更高的像素,这台仪器规模将会更大,表现甚至会比哈勃更好。SuperBIT 成本低廉,甚至可以批量建造,为世界各地的天文学家提供观测时间。

  “新的气球技术使访问太空变得廉价、简单且环保,”沙班说,“SuperBIT 可以不断重新配置、进行升级,而它的第一个任务是观测宇宙中最大的粒子加速器——星系团之间的碰撞。”

  SuperBIT 项目 2022 年这次飞行的科学目标是测量暗物质粒子的性质。虽然暗物质是不可见的,但天文学家描述了它弯曲光线的方式,这种机制被称为引力透镜。SuperBIT 将测试暗物质是否会在碰撞过程中减速。地球上的粒子对撞机无法对暗物质进行加速,以检验这个猜想,但这是理论预测中暗物质的一个关键特征,或许可以解释近期观测到的 μ 子的反常行为。

  “穴居人可以把岩石敲击成碎片,观察它们的内在结构,”杜伦大学的理查德·梅西(Richard Massey)教授补充道,“SuperBIT 正在寻找暗物质的对撞。这两者异曲同工,你只需要一台太空望远镜就能看到它。”

  原文链接:

  https://eurekalert.org/pub_releases/2021-07/ras-sal071921.php

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