廉價氣球望遠鏡欲「挑戰」太空望遠鏡
2019年，在加拿大上空18小時的氣球飛行中，SuperBIT保持穩定並拍攝了清晰的照片。圖片來源：SUPERBIT COLLABORATION
沒有什麼儀器比美國宇航局（NASA）耗資50億美元的哈勃太空望遠鏡更能揭示太空的奧秘了，但一些研究人員認為，只要花費200萬美元，用氣球將望遠鏡吊到太空邊緣，它就能實現哈勃望遠鏡的某些功能。近日，相關研究團隊報道，在2019年9月的一次飛行中，超高壓氣球承載成像望遠鏡（SuperBIT）展現了保持穩定的能力，以及接近哈勃望遠鏡解析度的為遙遠恆星精細成像的能力。
「這實際上是可行的。」SuperBIT成員、多倫多大學天文學家Barth Netterfield說。「這是非常令人驚嘆的。」未參與該項目的倫敦大學學院天文學家Richard Ellis說，低成本、快速旋轉的氣球望遠鏡帶來了新機遇，「如果有人想出了一個絕妙的主意，氣球馬上就能實現。」
哈勃望遠鏡在地球大氣層上空運行，觀測清晰度僅受其2.4米大小鏡面的限制。氣球攜帶的望遠鏡漂浮在幾十公里高的高空、99%的大氣層之上，如果科學家能在氣球飄浮和旋轉時穩定其指向，也會有類似的優勢。SuperBIT研究者在發表於《科學儀器評論》的一篇論文中表示，他們已經解決了這個問題。
SuperBIT採用了最先進的軸承和無刷電機使運動平穩，而確定方向涉及陀螺儀、天空圖像和導航星。在2019年9月於加拿大北部進行的18個小時的飛行中，SuperBIT飛行得非常穩定，其解析度達到了約260毫弧秒，達到了其0.5米鏡面的理論極限。
為與太空望遠鏡競爭，氣球承載的望遠鏡必須在空中停留許多夜晚，而這就是新型超壓氣球的用武之地。為避免破裂，一個普通的氣球必須在白天最熱時放出氦氣，因為它在晚上下沉之前會膨脹和上升。幾天之後，這種上下浮動的氣球會因氦氣太少而無法停留在高空。然而，更堅固的超壓氣球保持了穩定的體積，不釋放氦氣，能在恆定的高度巡航數周。NASA氣球項目科學家 Thomas Hams說，2009年，NASA的一個超壓氣球飛行了54天。「我們很快就會看到這類飛行更加頻繁地出現。」他說。
NASA 計劃每年發射一個超壓氣球，SuperBIT的研究人員希望能在2021年發射一個。「這次飛行將追蹤宇宙中神秘暗物質的分布。」英國杜倫大學宇宙學家、SuperBIT項目的共同領導人Richard Massey說。
Massey用哈勃做過類似的工作，但SuperBIT有寬視野照相機，可以比哈勃覆蓋更多的天空。它可以在有類似目標的太空望遠鏡——比如計劃在2022年發射的歐空局歐幾里德望遠鏡升空之前飛行。
以氣球為載體的望遠鏡面臨著自身的挑戰。在南極洲，NASA只在夏季發射氣球，那時天氣比較溫和，但是持續的日光排除了光學天文學的可能性。因此，Super-BIT的科學氣球將不得不從中緯度地區發射，或許從紐西蘭的一個NASA設施發射，在那裡出發，它的大部分時間將在海洋上空度過。這使得將數據下載變得非常困難，因此SuperBIT團隊測試了一種當有效載荷在陸地上時丟棄硬碟的系統。此外，氣球上的望遠鏡在著陸時也會受到撞擊。「在剛進行的飛行中，它被拖過一片森林，砍掉了50棵樹。」 Netterfield透露。
Ellis說，氣球上的望遠鏡可能僅限於小的應用，但SuperBIT團隊有更大的野心。他們正在研製1.5米長的氣球望遠鏡「後繼者」。SuperBIT成員、普林斯頓大學天體物理學家William Jones說，只要花費約9000萬美元，它就可以部分替代哈勃望遠鏡。「很多人都想擁有哈勃望遠鏡所擁有的能力，」他說，「一旦證明了這是可行的，就應該抓住每一個機會讓它飛起來。」（文樂樂）
相關論文信息：https://doi.org/10.1126/science.356.6344.1227
來源：中國科學報
