作者:文乐乐 来源:中国科学报 发布时间:2020/3/2 20:32:17
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廉价气球望远镜欲“挑战”太空望远镜

 

 2019年,在加拿大上空18小时的气球飞行中,SuperBIT保持稳定并拍摄了清晰的照片。

图片来源:SUPERBIT COLLABORATION

没有什么仪器比美国宇航局(NASA)耗资50亿美元的哈勃太空望远镜更能揭示太空的奥秘了,但一些研究人员认为,只要花费200万美元,用气球将望远镜吊到太空边缘,它就能实现哈勃望远镜的某些功能。近日,相关研究团队报道,在2019年9月的一次飞行中,超高压气球承载成像望远镜(SuperBIT)展现了保持稳定的能力,以及接近哈勃望远镜分辨率的为遥远恒星精细成像的能力。

“这实际上是可行的。”SuperBIT成员、多伦多大学天文学家Barth Netterfield说。“这是非常令人惊叹的。”未参与该项目的伦敦大学学院天文学家Richard Ellis说,低成本、快速旋转的气球望远镜带来了新机遇,“如果有人想出了一个绝妙的主意,气球马上就能实现。”

哈勃望远镜在地球大气层上空运行,观测清晰度仅受其2.4米大小镜面的限制。气球携带的望远镜漂浮在几十公里高的高空、99%的大气层之上,如果科学家能在气球飘浮和旋转时稳定其指向,也会有类似的优势。SuperBIT研究者在发表于《科学仪器评论》的一篇论文中表示,他们已经解决了这个问题。

SuperBIT采用了最先进的轴承和无刷电机使运动平稳,而确定方向涉及陀螺仪、天空图像和导航星。在2019年9月于加拿大北部进行的18个小时的飞行中,SuperBIT飞行得非常稳定,其分辨率达到了约260毫弧秒,达到了其0.5米镜面的理论极限。

为与太空望远镜竞争,气球承载的望远镜必须在空中停留许多夜晚,而这就是新型超压气球的用武之地。为避免破裂,一个普通的气球必须在白天最热时放出氦气,因为它在晚上下沉之前会膨胀和上升。几天之后,这种上下浮动的气球会因氦气太少而无法停留在高空。然而,更坚固的超压气球保持了稳定的体积,不释放氦气,能在恒定的高度巡航数周。NASA气球项目科学家 Thomas Hams说,2009年,NASA的一个超压气球飞行了54天。“我们很快就会看到这类飞行更加频繁地出现。”他说。

NASA 计划每年发射一个超压气球,SuperBIT的研究人员希望能在2021年发射一个。“这次飞行将追踪宇宙中神秘暗物质的分布。”英国杜伦大学宇宙学家、SuperBIT项目的共同领导人Richard Massey说。

Massey用哈勃做过类似的工作,但SuperBIT有宽视野照相机,可以比哈勃覆盖更多的天空。它可以在有类似目标的太空望远镜——比如计划在2022年发射的欧空局欧几里德望远镜升空之前飞行。

以气球为载体的望远镜面临着自身的挑战。在南极洲,NASA只在夏季发射气球,那时天气比较温和,但是持续的日光排除了光学天文学的可能性。因此,Super-BIT的科学气球将不得不从中纬度地区发射,或许从新西兰的一个NASA设施发射,在那里出发,它的大部分时间将在海洋上空度过。这使得将数据下载变得非常困难,因此SuperBIT团队测试了一种当有效载荷在陆地上时丢弃硬盘的系统。此外,气球上的望远镜在着陆时也会受到撞击。“在刚进行的飞行中,它被拖过一片森林,砍掉了50棵树。” Netterfield透露。

Ellis说,气球上的望远镜可能仅限于小的应用,但SuperBIT团队有更大的野心。他们正在研制1.5米长的气球望远镜“后继者”。SuperBIT成员、普林斯顿大学天体物理学家William Jones说,只要花费约9000万美元,它就可以部分替代哈勃望远镜。“很多人都想拥有哈勃望远镜所拥有的能力,”他说,“一旦证明了这是可行的,就应该抓住每一个机会让它飞起来。”

相关论文信息:https://doi.org/10.1126/science.356.6344.1227

 
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