科學家要放個氣球當天文臺,氣球相較于其他觀測手段有何優(yōu)勢?
- 科技日報
- 2020-08-17 11:19:28
40千米高空,科學家要放個氣球當天文臺
天聞頻道
近日,美國國家航空航天局(NASA)公布了一個新的項目,計劃利用氣球?qū)⒁粋€2.5米高的望遠鏡送入平流層,構(gòu)建一個空中天文臺。任務小組最近完成了該天文臺有效載荷的設(shè)計,包括望遠鏡、科學儀器以及冷卻和電子系統(tǒng)等。項目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。如果一切順利,這個空中天文臺將在2023年底于南極升空。
氣球相較于其他觀測手段有何優(yōu)勢?未來隨著技術(shù)的進步,這種古老的飛行器是否還會繼續(xù)存在于觀測任務中?帶著這些問題,科技日報記者采訪了華中科技大學物理學院副院長吳慶文教授。
保護地球的大氣也是個障礙
地球表面有一層厚厚的大氣,大氣層有效保護地球表面免受宇宙線、紫外線、太陽風粒子等各種輻射的致命轟擊,大氣是孕育地球生命的必要條件。
“然而,對于天文觀測來說,地球大氣卻是一個障礙。”吳慶文說。首先,由于地球大氣對電磁波的吸收、反射和散射等效應,導致宇宙中很多電磁信號不能直接到達地球。少數(shù)波段的電磁波能夠穿透地球大氣,這些波段我們稱之為“大氣窗口”。目前地球上大氣窗口主要大氣包括光學波段、近紅外波段和射電波段,然而對于遠紅外、毫米波、紫外線、X射線和伽馬射線等幾乎是不透明的。
吳慶文表示,每一扇窗口,都能帶給我們豐富的宇宙信息,所以為了更加深入地了解宇宙,我們必須越過地球大氣這個障礙。另外,地球大氣的湍流也會讓天體的像出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象,導致圖像失真。為了從根本上克服地球大氣層對天文觀測的影響,把望遠鏡放到大氣層之外是非常有必要的。
空間探測主要運載工具包括高空氣球、飛機和火箭等,其中氣球是一種古老的飛行器,已經(jīng)有200多年的歷史。宇宙射線的發(fā)現(xiàn)就是1912年奧地利物理學家維克托·赫斯乘坐氣球進行實驗的結(jié)果。第二次世界大戰(zhàn)以后,質(zhì)量輕、強度高、性能先進的材料讓探空氣球?qū)崿F(xiàn)了大型化,并可以進入高空平流層,極大地促進了大氣科學、空間天文和宇宙射線等觀測研究。
“高空氣球還可以進行空間載荷試驗、遙感實驗、生命科學實驗等。”吳慶文說,考慮到空間實驗對儀器的成熟度要求比較高,因為任何問題都可能帶來不可估量的損失,而高空氣球探測則具有成本低、見效快、可重復等特點,所以氣球依舊是很多空間和大氣科學實驗的理想搭載平臺。正因如此,很多科學衛(wèi)星搭載的探測儀器都會先在高空氣球上進行實驗驗證。比如我國2015年發(fā)射的“悟空”暗物質(zhì)探測衛(wèi)星和2017年發(fā)射的“慧眼”X射線衛(wèi)星中相關(guān)儀器都在一些氣球飛行實驗中進行了前期驗證和測試,技術(shù)成熟之后才批復立項。
在過去幾十年中,空間天文學取得了迅猛發(fā)展,在大部分波段都有了空間望遠鏡。比如光學波段的哈勃空間望遠鏡、X射線波段的錢德拉衛(wèi)星和牛頓衛(wèi)星、伽馬射線波段的費米衛(wèi)星等。這些空間觀測項目極大地拓展了人類的視野以及對宇宙的認識。
在紅外波段觀測恒星
NASA計劃用氣球?qū)⒁粋€名為ASTHROS的望遠鏡,在2023年左右送入平流層進行數(shù)周的觀測,其主要觀測波段為亞毫米波到遠紅外波段。ASTHROS將是有史以來乘坐高空氣球的最大望遠鏡。該望遠鏡需要上升到40千米的高度,這個高度雖然遠低于一般衛(wèi)星高度,但是已經(jīng)可以避免遠紅外和亞毫米波段的大氣吸收問題了。
吳慶文說,紅外望遠鏡探測儀需要保持非常低的溫度,一般望遠鏡都會用液氦來冷卻探測器。ASTHROS采用了新的方式,它使用太陽能提供的電力來保持超導探測器接近零下268.5攝氏度(接近絕對0度),這個低溫冷卻器的重量比傳統(tǒng)的液氦冷卻儀器輕得多,因此大大減輕了有效載荷的重量,可以在平流層工作數(shù)周。
“紅外波段的光可以穿透塵埃的遮蔽,從而可以看到一些光學波段看不到的低溫天體,因此紅外波段一個重要的觀測目標就是恒星以及恒星形成區(qū),比如科學家經(jīng)常利用紅外波段來觀測塵埃密布的銀河系中心區(qū)域。”吳慶文說。
因此,ASTHROS的主要科學任務也集中在恒星物理上,其攜帶的儀器可以用來測量新形成恒星周圍氣體的運動和速度。通過氣體密度、速度和運動的三維信息揭示大質(zhì)量恒星和超新星爆炸產(chǎn)生的星風物理,從而了解恒星的反饋過程,即恒星死亡時的猛烈爆發(fā)驅(qū)散了周圍的星際介質(zhì),這可以阻止恒星的進一步形成。ASTHROS還將觀測長蛇座TW周圍的塵埃和氣體質(zhì)量和分布,這或許可以幫助我們認識恒星周圍行星的形成過程,如幫助理解太陽系八大行星的形成機制等。因此,ASTHROS將可以給人類帶來豐富的恒星物理信息。
吳慶文說,實驗如果成功,科學家將繼續(xù)發(fā)射衛(wèi)星或采用更大的探測望遠鏡進行進一步的深入研究。
鄧長昌:盡快對我省科技特派員制度進行系統(tǒng)總結(jié)
- 黃月珍:推進綜合改革打造臺灣同胞“第二生活圈”
- 李家榮:優(yōu)化創(chuàng)新生態(tài)掀起新一輪民營經(jīng)濟發(fā)展熱潮
- 黃玲:全方位構(gòu)建幸福養(yǎng)老服務體系在創(chuàng)造高品質(zhì)生活上實現(xiàn)更大突破
- 李金算:加快構(gòu)建政府公共數(shù)據(jù)服務體系打造“便利福建”
- 春節(jié)期間遼寧對道路交通安全形勢進行分析研判 提供安全順暢的交通環(huán)境
- 福建省一批民生項目建設(shè)取得顯著成效
- 福建省十三屆人大六次會議在福州開幕
- 去年福建全省地區(qū)生產(chǎn)總值48810億 今年預期增長6.5%
- 福建省新型冠狀病毒肺炎疫情情況
- 兩部門發(fā)布《意見》:要求各部采取針對性舉2022-01-24
- 鄧長昌:盡快對我省科技特派員制度進行系統(tǒng)2022-01-24
- 黃月珍:推進綜合改革打造臺灣同胞“第二生2022-01-24
- 李家榮:優(yōu)化創(chuàng)新生態(tài)掀起新一輪民營經(jīng)濟發(fā)2022-01-24
- 黃玲:全方位構(gòu)建幸福養(yǎng)老服務體系在創(chuàng)造高2022-01-24
- 李金算:加快構(gòu)建政府公共數(shù)據(jù)服務體系打造2022-01-24
- 住建部在全國推進住房公積金“跨省通辦” 2022-01-24
- 數(shù)據(jù)顯示:2021年全年城鎮(zhèn)新增就業(yè)1269萬人2022-01-24
- 云南安寧打破農(nóng)民職業(yè)發(fā)展“天花板” 開展2022-01-24
- 2021年遼寧省糧食生產(chǎn)形勢喜人 糧食總產(chǎn)量2022-01-24
- 春節(jié)期間遼寧對道路交通安全形勢進行分析研2022-01-24
- 遼寧海城市確保全年簽約億元以上項目超過652022-01-24
- 遼寧盤錦公布12件民生實事 推進高質(zhì)量發(fā)展2022-01-24
- “有夢 有為”周末青年志愿行動在李滄舉行2022-01-24
- 聽·見 | 動畫師變身面塑傳承人,這個802022-01-24
- 26名群眾代表青島占倆!高二學生成省政協(xié)旁2022-01-24
- 追蹤丨全民接力,傳來好消息!即墨失聯(lián)3天2022-01-23
- 立案查處!青島昌明置業(yè)有限公司森林公園項2022-01-23
- 半島驗房丨膠州億陽金都馨城毛坯房墻面銹點2022-01-23
- “樂動市南”!逛街時與藝術(shù)不期而遇,“浮2022-01-23
- 人間煙火氣!逛吃、選年貨、置辦新衣服……2022-01-23
- 浮山灣夜靜悄悄2022-01-23
- 民俗大拜年,非遺專家亮絕活!2022年山東省2022-01-23
- 風雨無阻!嶗山區(qū)實驗學校小學部的足球隊員2022-01-23
- 市北區(qū)探索服務賦能新路徑 營造企業(yè)發(fā)展好2022-01-23
- 市北區(qū)聚焦中醫(yī)藥長遠建設(shè),產(chǎn)生“雙驅(qū)動”2022-01-23
- 福建省一批民生項目建設(shè)取得顯著成效2022-01-23
- 福建省十三屆人大六次會議在福州開幕2022-01-23
- 去年福建全省地區(qū)生產(chǎn)總值48810億 今年預2022-01-23
- 福建省新型冠狀病毒肺炎疫情情況2022-01-23