美國宇航局：將用氣球把一個2.5米的望遠鏡送入地球平流層！

美國宇航局一項雄心勃勃的新任務已經(jīng)開始，該任務將用氣球?qū)⒁粋€8.4英尺(2.5米)高的尖端望遠鏡送入平流層。暫定于2023年12月從南極洲發(fā)射的ASTHROS（亞毫米波長高光譜分辨率觀測的天體物理平流層望遠鏡簡稱）將花費大約三周時間在結冰的南部大陸上空的氣流中漂流，并在此過程中實現(xiàn)幾個第一。由美國宇航局（NASA）噴氣推進實驗室管理的ASTHROS觀測遠紅外光。

要做到這一點，ASTHROS將需要達到約13萬英尺（24.6英里，或40公里）的高度，這個高度大約是商用客機飛行高度的四倍。雖然它仍然遠低于空間邊界（約100公里，高于地球表面），但它的高度將足以觀測到被地球大氣層阻擋的光波長。任務團隊現(xiàn)在完成了天文臺有效載荷的設計，其中包括望遠鏡(捕捉光線)，科學儀器，以及冷卻和電子系統(tǒng)等子系統(tǒng)。

未來噴氣推進實驗室的工程師將開始對這些子系統(tǒng)進行集成和測試，以驗證它們的性能是否符合預期。雖然氣球看起來似乎是過時的技術，但與地面或太空任務相比，它們?yōu)槊绹詈骄郑∟ASA）提供了獨特的優(yōu)勢。美國宇航局科學氣球計劃已經(jīng)在弗吉尼亞州的沃洛普斯飛行設施運行了30年。它每年從全球各地發(fā)射10至15次任務，以支持美國宇航局所有科學學科的實驗，以及用于技術開發(fā)和教育目的。

天空中的紅外眼

與太空任務相比，氣球任務不僅成本更低，而且早期規(guī)劃和部署之間的時間也更短，這意味著他們可以接受使用尚未在太空飛行的新技術或最先進技術帶來的更高風險。這些風險可能以未知的技術或業(yè)務挑戰(zhàn)的形式出現(xiàn)，這些挑戰(zhàn)可能會影響任務的科學產(chǎn)出。通過應對這些挑戰(zhàn)，氣球任務可以為未來的任務奠定基礎，以收獲這些新技術的好處，噴氣推進實驗室工程師Jose Siles說：

像ASTHROS這樣的氣球任務比太空任務風險更高，但成本適中，但回報很高，有了ASTHROS，我們的目標是進行以前從未嘗試過的天體物理觀測。這項任務將通過測試新技術并為下一代工程師和科學家提供培訓，為未來的太空任務鋪平道路。ASTHROS將攜帶一臺儀器來測量新形成恒星周圍氣體的運動和速度。在飛行期間，任務將研究四個主要目標，包括銀河系中的兩個恒星形成區(qū)域。

同時還將首次探測和繪制兩種特定類型氮離子，這些氮離子可以揭示來自大質(zhì)量恒星和超新星爆炸的風，已經(jīng)重塑了這些恒星形成區(qū)域內(nèi)氣體云的地方。在一個被稱為恒星反饋的過程中，這種猛烈的爆發(fā)可以在數(shù)百萬年的時間里驅(qū)散周圍物質(zhì)，阻礙恒星的形成，或者完全阻止它的形成。但是恒星反饋也會導致物質(zhì)聚集在一起，加速恒星的形成。如果沒有這個過程，像銀河系這樣的星系中所有可用的氣體和塵埃很久以前就會聚合成恒星。

ASTHROS將首先制作這些區(qū)域氣體密度、速度和運動的詳細三維地圖，看看新生恒星是如何影響它們的胎盤物質(zhì)。通過這樣做，研究小組希望洞察恒星反饋是如何工作的，并提供新的信息來完善星系演化的計算機模擬。ASTHROS的第三個目標將是星系梅西耶83，在那里觀察恒星反饋的跡象，將使ASTHROS團隊能夠更深入地了解它對不同類型星系的影響。噴氣推進實驗室科學家、ASTHROS首席研究員豪爾赫·皮內(nèi)達說：

探索宇宙的奧秘

我認為，在整個宇宙歷史上，恒星反饋是恒星形成的主要調(diào)節(jié)因素。星系演化的計算機模擬仍然不能完全復制我們在宇宙中看到的現(xiàn)實，用ASTHROS進行氮氣測繪，這是以前從未做過的，看到這些信息如何幫助這些模型變得更準確，將是令人興奮的。作為其第四個目標，ASTHROS將觀測TW Hydrae，這是一顆年輕的恒星，周圍環(huán)繞著一大片塵埃和氣體，那里可能正在形成行星。

憑借其獨特的能力，ASTHROS將測量這個原行星盤的總質(zhì)量，并顯示這個質(zhì)量是如何在整個過程中分布的。這些觀測可能會揭示塵埃聚集在一起形成行星的地方，了解更多關于原行星盤的知識，可以幫助天文學家了解年輕太陽系中不同類型的行星是如何形成的。要做到這一切，ASTHROS將需要一個大氣球：當充滿氦氣時，它將大約400英尺(150米)寬，或者說大約一個足球場的大小。

氣球下面的吊籃將攜帶儀器和輕型望遠鏡，望遠鏡由8.4英尺(2.5米)的碟形天線以及一系列為捕獲遠紅外光而設計和優(yōu)化的鏡子、鏡頭和探測器組成。多虧了這個碟子，ASTHROS并列為有史以來乘坐高空氣球飛行的最大望遠鏡。在飛行過程中，科學家將能夠精確控制望遠鏡指向的方向，并使用衛(wèi)星鏈路實時下載數(shù)據(jù)。因為遠紅外線儀器需要保持非常低的溫度，所以許多任務都會攜帶液氦來冷卻它們。

ASTHROS將轉(zhuǎn)而依賴制冷機，它使用電力（由ASTHROS的太陽能電池板提供）來保持超導探測器接近零下451.3華氏度(零下268.5攝氏度)，略高于絕對零度。低溫冷卻器的重量比ASTHROS在整個任務中保持儀器低溫所需的大型液氦容器輕得多。這意味著有效載荷大大減輕，任務壽命不再受氣球上有多少液氦的限制。預計，在盛行的平流層風推動下，氣球?qū)⒃诖蠹s21至28天內(nèi)完成圍繞南極的兩到三圈。

一旦科學任務完成，操作員將發(fā)送飛行終止命令，將連接到降落傘的吊艙與氣球分開。降落傘將吊籃放回地面，這樣望遠鏡就可以回收和翻新，再次飛行。

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博科園｜研究/來自：美國宇航局噴氣推進實驗室

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