讓百萬公里外的韋伯望遠鏡看得更清楚，「AMI」立大功

2021 年聖誕夜發射六個月後，詹姆斯‧韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope，JWST）傳回第一批影像，象徵人類探索宇宙開啟新時代。然對某澳洲團隊而言，真正工作才剛開始。

遠距操作百萬公里以外儀器

哈伯望遠鏡的次世代繼承者，韋伯望遠鏡也面臨與哈伯類似的模糊問題。哈伯剛發射時因主鏡極細微焦距誤差失焦，科學家用已知恆星比對理想與實際影像，找出光學誤差並設計出修正鏡片，並於1993年由七名太空人搭乘奮進號太空梭上太空安裝。哈伯距地球僅幾百公里，太空人能親自維修，但韋伯不同，它位於距離地球約150萬公里的第二拉格朗日點（L2），無法再造訪維修，故必須不能更換任何硬體下修正問題，這正是澳洲團隊設計的孔徑遮罩干涉儀（AMI）主要任務。

韋伯的模糊畫素

AMI是一小塊精密加工金屬，裝在近紅外成像儀和無縫隙光譜儀（NIRISS）內提高解析度及判斷影像是否模糊。AMI初期就揭示韋伯影像潛在問題，畫素級高解析度下，所有影像都略顯模糊，是因電子效應導致亮畫素點電子溢入鄰近暗畫素。這並非設計缺陷，而是紅外線相機的物理特性，然而對要觀測比鄰近天體暗數千倍、僅相隔幾畫素的暗天體來說是致命限制，使AMI靈敏度比設計預估還要差十倍。

讓韋伯重新清晰

澳洲團隊新論文，用AMI觀測恆星同時校正光學與電子失真。團隊建立AMI光學物理模擬模型，可靈活調整鏡面、孔徑形狀與恆星光譜顏色，再與機器學習模型結合，建立有效探測器模型（effective detector model）。經過多顆恆星訓練與驗證後，模型成功逆向模糊其他觀測資料，恢復AMI完整解析力，且不改變韋伯運作。論文以HD 206893恆星系統為例，未校正韋伯影像完全無法辨識系統有的行星與紅矮星，校正後成功清楚顯示。

▲ HD 206893系統示意圖。彩色區塊為有天體可能性分布；B與C分別代表已知行星。較寬光斑代表行星位置測量不確定性較高，因行星C亮度遠低於行星B。（Source：Desdoigts et al., 2025）

另一篇論文，團隊將修正模型用於更複雜天體，不只行星光點而是更完整的結構。團隊呈現校正後木衛一清晰影像，清楚顯示木衛一表面一小時內火山活動。此外，AMI拍攝的NGC 1068中央黑洞噴流，與大型望遠鏡觀測的結果高度一致。最後，AMI亦清楚解析雙星系統WR 137周圍塵埃環，結構也與理論預估完美相符。

▲ 韋伯太空望遠鏡AMI拍攝的木衛一（Io）。可見四個明亮的光點是預估火山位置。長達一小時延時觀測，這些火山隨著木衛一自轉移動。（Source：Max Charles）

▲ 星系NGC 1068中央黑洞的噴流。左為大雙筒望遠鏡（Large Binocular Telescope Interferometer）；右為韋伯太空望遠鏡AMI拍攝同噴流，以假色呈現。（Source：Max Charles）

其他太空望遠鏡也能用

為AMI開發的校正模型是未來次世代太空望遠鏡的最佳範例，如羅曼太空望遠鏡（Nancy Grace Roman Space Telescope）。這些儀器需要精確度奈米分之一以下的光學校正，這遠超現有材料的穩定極限。研究成果證明，只要能測量、控制並修正極微小誤差，仍有希望在銀河系的遙遠角落，找到類地行星的蹤跡。