天空中的紅外眼,NASA 新計畫發射氣球望遠鏡到平流層

作者 | 發布日期 2020 年 07 月 27 日 15:58 | 分類 天文 , 航太科技 Telegram share ! follow us in feedly


用來觀測美麗宇宙的望遠鏡,除了能建置在地面及丟到外太空軌道外,還有一個去處──大氣平流層。NASA 新計畫準備放出一個由高空氣球懸掛的望遠鏡 ASTHROS,預計在 2023 年 12 月從南極洲升空,飄升至離地 40 公里的高度,執行 4 個科學目標。

利用氣球將望遠鏡掛到高空中觀測不是什麼新技術,南極脈衝瞬態天線(Antarctic Impulsive Transient Antenna,ANITA)便是利用氦氣球懸掛到離地約 35 公里處,探測微中子與南極冰層交互作用後發射出的無線電脈衝。

2005 年時也有個名為 BLAST(Balloon-borne Large Aperture Submillimeter Telescope)的球載望遠鏡發射,高空氣球帶著主鏡 2 公尺的望遠鏡升至平流層,目標是搜尋恆星與行星起源,不過這架望遠鏡於 2007 年降落南極麥克默多站時失算,由於降落傘未能成功打開,導致南極風把望遠鏡拍在冰面拖曳了 24 小時,雖然數據硬碟最後找回了,但望遠鏡本體已面目全非。

現在 NASA 宣布新計畫 ASTHROS 球載望遠鏡,預計 2023 年 12 月也要從南極麥克默多站發射,飄升至離地 40 公里(商業客機飛行高度 4 倍)的南極上空平流層,順著風向繞南極 2~3 圈(約 3 週),雖然仍遠低於大氣與太空交界(地表以上約 100 公里),但這高度已能觀察到平常被地球大氣層阻擋的遠紅外光。

整體而言,ASTHROS 包含一個寬 150 公尺的氦氣球,氣球下方吊艙攜帶天文望遠鏡與科學儀器,其中遠紅外儀器因需維持低溫狀態,因此還會有一台低溫冷卻器來幫探測器維持在零下 268.5℃。

任務團隊最近已對 ASTHROS 的有效載荷設計進行最後潤飾,包括天文望遠鏡、科學儀器以及冷卻電子系統的子系統,8 月初,NASA 噴射推進實驗室(JPL)工程師們將開始對子系統進行集成與測試。

4 個主要科學任務

ASTHROS 就像是天空中的紅外眼,此次任務將有 4 大目標:第一是探索銀河系中 2 個主要恆星形成區域;第二是檢測並繪製 2 種特定類型的氮離子並繪製圖譜(可以揭露哪裡有大質量恆星、超新星爆炸產生的恆星風重塑了當地氣體雲),然後將這些區域中氣體的密度、速度、運動等資訊製成詳細 3D 地圖,希望了解恆星回饋機制,並改善星系演化的電腦模擬數值。

第三個目標為觀察 Messier83 星系(也稱南風車星系、NGC 5236)中的恆星回饋機制,ASTHROS 計畫主持人 Jorge Pineda 指出,恆星回饋機制是整個宇宙恆星形成的主要調節器,但不能光靠銀河系內的數據就對整個宇宙下定論,新任務希望可以深入了解恆星回饋機制對不同類型星系的影響。

第四個目標則是鎖定長蛇座 TW(TW Hydrae)這顆橙矮星(K 型主序星),由於該恆星還很年輕,周圍環繞著大量灰塵與氣體,稱為原行星盤。ASTROS 將測量原行星盤的總質量以及分布情況,或許可抓出新生行星形成的點。

科學任務完成後,操作人員將發送飛行終止命令,與降落傘相連的吊艙會與氣球分開並返回地面,團隊回收、重新保養望遠鏡後可以再次起飛。

(首圖來源:NASA