本文轉(zhuǎn)載自公眾號“科研圈”（ID：?keyanquan）

　　SuperBIT 拍攝的“創(chuàng)生之柱”（Pillars of Creation），圖片由可見光和紫外波段合成。這是鷹星云中的氣體和塵埃，位于巨蛇座方向，距離太陽系約 7，000 光年。圖片來源：SuperBIT team， from Romualdez?et al。?（2018） SPIE 10702。

　　翻譯 | 周舒義

　　編輯?|?戚譯引

　　來源 | 科研圈（ID： keyanquan）

　　英國杜倫大學(xué)、加拿大多倫多大學(xué)和美國普林斯頓大學(xué)與美國航空航天局（NASA）、加拿大航天局（Canadian Space Agency）合作，建造了一臺名為 SuperBIT 的新型天文望遠鏡。它由一個足球場大小的氦氣球運載，在99.5% 質(zhì)量分數(shù)的地球大氣層之上飛行。該望遠鏡將于 2022 年 4 月首次投入使用，部署后將拍攝可與哈勃空間望遠鏡相媲美的高分辨率圖像。多倫多大學(xué)博士生穆罕默德·沙班（Mohamed Shaaban）在 7 月 21 日星期三的英國皇家天文學(xué)會全國天文學(xué)會議（RAS NAM 2021）上發(fā)表了在線演講，介紹 SuperBIT。

　　來自遙遠星系的光芒需要經(jīng)過數(shù)十億年才能抵達我們的望遠鏡。在最后的萬分之幾秒里，光線必須穿過地球大氣中的渦旋和湍流。我們觀測到的宇宙圖景會因此變得模糊不清。地基天文臺建在高海拔地區(qū)，可以部分緩解這一問題，但迄今為止，只有把望遠鏡架設(shè)在空間，才能徹底擺脫大氣層的影響。

　　超高壓氣球運載成像望遠鏡（Superpressure Balloon-borne Imaging Telescope，SuperBIT）鏡面口徑 0.5 米，由一個氦氣球運到 40 千米的高空。氦氣球容積 532，000 立方米，差不多有一個足球場那么大。

　　該設(shè)備在 2019 年的最后一次試飛中展現(xiàn)出非凡的指向穩(wěn)定性，一個多小時內(nèi)的指向變化幅度才不到三萬六千分之一度。這會使望遠鏡能夠獲得像哈勃空間望遠鏡一樣清晰的圖像。

　　2016 年 6 月，SuperBIT 在 NASA 位于美國得克薩斯州的哥倫比亞氣球科學(xué)設(shè)施（Columbia Scientific Balloon Facility）試飛。圖片來源：Richard Massey / Durham University

　　此類項目前無古人，不僅因為它極度困難，還因為氣球只能在空中停留數(shù)個晚上——對于一個雄心勃勃的實驗來說，這時間實在太短了。不過，美國航空航天局最近開發(fā)了一種“超高壓”氣球，能夠在充滿氦氣后保持數(shù)月。SuperBIT 計劃于 4 月在新西蘭的瓦納卡（Wanaka）發(fā)射下一個持久存續(xù)的氣球。乘著穩(wěn)定的季風(fēng)，它將環(huán)繞地球數(shù)周——夜間觀測天空進行成像，白天則使用太陽能電池板為電池充電。

　　首臺 SuperBIT 望遠鏡的建造和運行預(yù)算為 500 萬美元（約合人民幣 3，200 萬元），成本僅為同類人造衛(wèi)星的千分之一。這不光是因為氣球要比火箭燃料便宜，還因為 SuperBIT 的有效載荷能返回地球并重新發(fā)射，這意味著它的設(shè)計可以在多次試飛中不斷調(diào)整、改進。人造衛(wèi)星必須一次性成功，因此通常具有（極其昂貴的）設(shè)計冗余，使用的技術(shù)必須經(jīng)過以往太空任務(wù)的驗證，往往是十年前的“古董”?，F(xiàn)代數(shù)碼相機每年都在迭代改進——所以開發(fā)團隊趕在 SuperBIT 上次試飛的前幾周為其購買了最前沿的相機。這一空間望遠鏡將會不斷升級，在未來每次飛行中配備新的儀器。

　　哈勃空間望遠鏡難免會出現(xiàn)故障，總有一天它將無法修復(fù)，徹底壞掉。在那之后的 20 年里，歐洲航天局（ESA）和美國航空航天局開展的任務(wù)將只能在紅外波長（如將于今年秋季發(fā)射的詹姆斯·韋伯空間望遠鏡）或單光學(xué)波段（如將于明年發(fā)射的歐幾里得天文臺）進行成像。

　　屆時，SuperBIT 將成為世界上唯一涵蓋多色光學(xué)和紫外波段的高分辨率觀測設(shè)施。項目團隊已經(jīng)籌到資金，計劃將 SuperBIT 的望遠鏡口徑從 0.5 米升級至 1.5 米（氣球最大能承載口徑約 2 米的望遠鏡）。從而將聚光能力提高十倍，再加上更廣闊的鏡頭視角和更高的像素，這臺儀器規(guī)模將會更大，表現(xiàn)甚至?xí)裙?。SuperBIT 成本低廉，甚至可以批量建造，為世界各地的天文學(xué)家提供觀測時間。

　　“新的氣球技術(shù)使訪問太空變得廉價、簡單且環(huán)保，”沙班說，“SuperBIT 可以不斷重新配置、進行升級，而它的第一個任務(wù)是觀測宇宙中最大的粒子加速器——星系團之間的碰撞?！?/span>

　　SuperBIT 項目 2022 年這次飛行的科學(xué)目標(biāo)是測量暗物質(zhì)粒子的性質(zhì)。雖然暗物質(zhì)是不可見的，但天文學(xué)家描述了它彎曲光線的方式，這種機制被稱為引力透鏡。SuperBIT 將測試暗物質(zhì)是否會在碰撞過程中減速。地球上的粒子對撞機無法對暗物質(zhì)進行加速，以檢驗這個猜想，但這是理論預(yù)測中暗物質(zhì)的一個關(guān)鍵特征，或許可以解釋近期觀測到的 μ 子的反常行為。

　　“穴居人可以把巖石敲擊成碎片，觀察它們的內(nèi)在結(jié)構(gòu)，”杜倫大學(xué)的理查德·梅西（Richard Massey）教授補充道，“SuperBIT 正在尋找暗物質(zhì)的對撞。這兩者異曲同工，你只需要一臺太空望遠鏡就能看到它。”

歡迎掃碼入群！

深圳科普將定期推出

公益、免費、優(yōu)惠的活動和科普好物！