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美国宇航局-一个足球场大小的平流层气球将携带一架尖端望远镜

一个足球场大小的气球将携带一个先进的望远镜来观察在地面上看不到的波长的光。

一项雄心勃勃的新任务已经开始,这项任务将把一架尖端8.4英尺(2.5米)的望远镜乘气球送入平流层。暂定于2023年12月从南极洲发射的ASTHROS(天文物理平流层望远镜的缩写,用于在亚毫米波长下进行高光谱分辨率的观测)将在冰天雪地的南部大陆上空随着气流漂流约三周,并在这一过程中取得几个“第一”。

由美国宇航局喷气推进实验室管理的阿斯索洛望远镜可以观测远红外光,也就是波长比人眼可见的波长长得多的光。要做到这一点,ASTHROS将需要达到大约130,000英尺(24.6英里,或40公里)的高度。大约是商用飞机的四倍。尽管它仍远低于太空边界(离地球表面约62英里,即100公里),但它的高度将足以观测到被地球大气层阻挡的光波。

任务小组最近完成了天文台有效载荷的设计,包括望远镜(捕捉光线)、科学仪器以及冷却和电子系统等子系统。八月初,JPL的工程师们将开始对这些子系统进行集成和测试,以验证它们的性能是否符合预期。

尽管气球似乎是一种过时的技术,但与地面或太空任务相比,它们为NASA提供了独特的优势。美国宇航局的科学气球项目已经在弗吉尼亚州的瓦勒普斯飞行设施运行了30年。它每年从全球各地发射10到15个任务,以支持nasa所有科学学科的实验,以及用于技术开发和教育目的。与太空任务相比,气球任务不仅成本更低,而且在早期计划和部署之间的时间也更短,这意味着它们可以接受使用尚未在太空中飞行的新技术或最先进技术带来的更高风险。这些风险可能以未知的技术或操作挑战的形式出现,可能影响任务的科学成果。通过解决这些挑战,气球任务可以为未来的任务奠定基础,以收获这些新技术带来的好处。

像阿龙索这样的气球任务比太空任务风险更高,但成本适中,回报也高。JPL工程师Jose Siles说,ASTHROS项目经理。通过望远镜,我们的目标是进行以前从未尝试过的天体物理观测。这次任务将通过测试新技术并为下一代工程师和科学家提供培训,为未来的太空任务铺平道路。

天空中的红外线眼睛

在一个被称为恒星反馈的过程中,这种猛烈的爆发可以在数百万年的时间里分散周围的物质,阻碍恒星的形成,甚至使其完全停止。但是恒星反馈也会导致物质聚集在一起,加速恒星的形成。如果没有这个过程,像我们这样的星系中所有可用的气体和尘埃早就合并成恒星了。

ASTHROS将绘制这些区域气体密度、速度和运动的第一张详细的3D地图,以观察新生的巨人是如何影响它们的胎盘物质的。通过这样做,研究小组希望能够深入了解恒星反馈是如何工作的,并为完善星系演化的计算机模拟提供新的信息。

阿舒尔的第三个目标是银河救世主83号。通过观察那里的恒星反馈信号,ASTHROS团队可以更深入地了解它对不同类型星系的影响。我认为,在宇宙的整个历史中,恒星的反馈是恒星形成的主要调节器,这一点已被人们所理解。喷气推进实验室科学家Jorge Pineda说,他是ASTHROS的首席研究员。星系演化的计算机模拟仍然不能完全复制我们在宇宙中所看到的现实。我们将用阿斯顿卫星绘制氮图谱,这是以前从未有过的,看到这些信息如何有助于使这些模型更加精确,这将是令人兴奋的。

最后,作为它的第四个目标,阿斯舒洛斯将观察到长蛇座TW,这是一颗年轻的恒星,它被一个由尘埃和气体组成的大圆盘所环绕,行星可能正在那里形成。凭借其独特的能力,ASTHROS将测量这个原行星盘的总质量,并显示这些质量是如何分布的。这些观察有可能揭示在哪些地方尘埃聚集在一起形成行星。了解更多关于原行星盘的知识可以帮助天文学家了解不同类型的行星是如何在年轻的太阳系中形成的。

崇高的方法

要做到这一切,ASTHROS将需要一个大气球:当充满氦气时,它将有大约400英尺(150米)宽,大约一个足球场的大小。气球下面的吊船将携带仪器和轻型望远镜。轻型望远镜由8.4英尺(2.5米)的碟形天线、一系列镜子、透镜和探测器组成,这些探测器的设计和优化是为了捕捉远红外光线。多亏了这个天线,阿索洛斯成为了史上最大的望远镜在高空气球上飞行。在飞行过程中,科学家们将能够精确控制望远镜指向的方向,并通过卫星链接实时下载数据。

由于远红外仪器需要保持在非常低的温度,许多任务都需要携带液氦来冷却它们。取而代之的是,ASTHROS将依靠一个使用电力(由ASTHROS’将超导探测器的温度保持在零下451.3华氏度(零下268.5摄氏度)。略高于绝对零度,物质能达到的最冷温度。制冷机的重量比大型液氦容器轻得多,液氦容器是飞船在整个任务中保持仪器低温所必需的。这意味着它的有效载荷要轻得多,而且任务的寿命也不再受飞船中液氦含量的限制。

研究小组预计,气球将在21到28天内,在平流层盛行的风的带动下,绕南极绕两到三圈。一旦科学任务完成,操作人员将发送飞行终止命令,使连接到降落伞上的吊多拉与气球分离。降落伞将吊船送回地面,这样望远镜就可以被回收和翻新,以便再次飞行。

我们将从地球上最偏远、最恶劣的地方发射一艘飞船到太空的边缘。说大雨如注。如果你停下来想一下,就会发现它真的很有挑战性,这也让它很令人兴奋。

JPL是位于帕萨迪纳市的加州理工学院的一个部门,为美国宇航局科学任务理事会的天体物理学部门管理阿斯舒尔任务。喷气推进实验室也在建造任务有效载荷。位于马里兰州的约翰霍普金斯应用物理实验室正在开发贡多拉和指向系统。这个2.5米长的天线单元是由意大利莱科的Media Lario S.r.l.公司建造的。有效载荷制冷机是由洛克希德·马丁公司根据美国宇航局的先进制冷机技术发展计划开发的。美国宇航局的科学气球计划及其哥伦比亚科学气球设施将提供气球和发射服务。ASTHROS计划从南极洲的麦克默多站发射,该站由美国南极计划的国家科学基金会管理。其他主要合作伙伴包括亚利桑那州立大学和迈阿密大学。

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