美国宇航局：将用气球把一个2.5米的望远镜送入地球平流层！

美国宇航局一项雄心勃勃的新任务已经开始，该任务将用气球将一个8.4英尺(2.5米)高的尖端望远镜送入平流层。暂定于2023年12月从南极洲发射的ASTHROS（亚毫米波长高光谱分辨率观测的天体物理平流层望远镜简称）将花费大约三周时间在结冰的南部大陆上空的气流中漂流，并在此过程中实现几个第一。由美国宇航局（NASA）喷气推进实验室管理的ASTHROS观测远红外光。

要做到这一点，ASTHROS将需要达到约13万英尺（24.6英里，或40公里）的高度，这个高度大约是商用客机飞行高度的四倍。虽然它仍然远低于空间边界（约100公里，高于地球表面），但它的高度将足以观测到被地球大气层阻挡的光波长。任务团队现在完成了天文台有效载荷的设计，其中包括望远镜(捕捉光线)，科学仪器，以及冷却和电子系统等子系统。

未来喷气推进实验室的工程师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。虽然气球看起来似乎是过时的技术，但与地面或太空任务相比，它们为美国宇航局（NASA）提供了独特的优势。美国宇航局科学气球计划已经在弗吉尼亚州的沃洛普斯飞行设施运行了30年。它每年从全球各地发射10至15次任务，以支持美国宇航局所有科学学科的实验，以及用于技术开发和教育目的。

天空中的红外眼

与太空任务相比，气球任务不仅成本更低，而且早期规划和部署之间的时间也更短，这意味着他们可以接受使用尚未在太空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业务挑战的形式出现，这些挑战可能会影响任务的科学产出。通过应对这些挑战，气球任务可以为未来的任务奠定基础，以收获这些新技术的好处，喷气推进实验室工程师Jose Siles说：

像ASTHROS这样的气球任务比太空任务风险更高，但成本适中，但回报很高，有了ASTHROS，我们的目标是进行以前从未尝试过的天体物理观测。这项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。ASTHROS将携带一台仪器来测量新形成恒星周围气体的运动和速度。在飞行期间，任务将研究四个主要目标，包括银河系中的两个恒星形成区域。

同时还将首次探测和绘制两种特定类型氮离子，这些氮离子可以揭示来自大质量恒星和超新星爆炸的风，已经重塑了这些恒星形成区域内气体云的地方。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驱散周围物质，阻碍恒星的形成，或者完全阻止它的形成。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，像银河系这样的星系中所有可用的气体和尘埃很久以前就会聚合成恒星。

ASTHROS将首先制作这些区域气体密度、速度和运动的详细三维地图，看看新生恒星是如何影响它们的胎盘物质。通过这样做，研究小组希望洞察恒星反馈是如何工作的，并提供新的信息来完善星系演化的计算机模拟。ASTHROS的第三个目标将是星系梅西耶83，在那里观察恒星反馈的迹象，将使ASTHROS团队能够更深入地了解它对不同类型星系的影响。喷气推进实验室科学家、ASTHROS首席研究员豪尔赫·皮内达说：

探索宇宙的奥秘

我认为，在整个宇宙历史上，恒星反馈是恒星形成的主要调节因素。星系演化的计算机模拟仍然不能完全复制我们在宇宙中看到的现实，用ASTHROS进行氮气测绘，这是以前从未做过的，看到这些信息如何帮助这些模型变得更准确，将是令人兴奋的。作为其第四个目标，ASTHROS将观测TW Hydrae，这是一颗年轻的恒星，周围环绕着一大片尘埃和气体，那里可能正在形成行星。

凭借其独特的能力，ASTHROS将测量这个原行星盘的总质量，并显示这个质量是如何在整个过程中分布的。这些观测可能会揭示尘埃聚集在一起形成行星的地方，了解更多关于原行星盘的知识，可以帮助天文学家了解年轻太阳系中不同类型的行星是如何形成的。要做到这一切，ASTHROS将需要一个大气球：当充满氦气时，它将大约400英尺(150米)宽，或者说大约一个足球场的大小。

气球下面的吊篮将携带仪器和轻型望远镜，望远镜由8.4英尺(2.5米)的碟形天线以及一系列为捕获远红外光而设计和优化的镜子、镜头和探测器组成。多亏了这个碟子，ASTHROS并列为有史以来乘坐高空气球飞行的最大望远镜。在飞行过程中，科学家将能够精确控制望远镜指向的方向，并使用卫星链路实时下载数据。因为远红外线仪器需要保持非常低的温度，所以许多任务都会携带液氦来冷却它们。

ASTHROS将转而依赖制冷机，它使用电力（由ASTHROS的太阳能电池板提供）来保持超导探测器接近零下451.3华氏度(零下268.5摄氏度)，略高于绝对零度。低温冷却器的重量比ASTHROS在整个任务中保持仪器低温所需的大型液氦容器轻得多。这意味着有效载荷大大减轻，任务寿命不再受气球上有多少液氦的限制。预计，在盛行的平流层风推动下，气球将在大约21至28天内完成围绕南极的两到三圈。

一旦科学任务完成，操作员将发送飞行终止命令，将连接到降落伞的吊舱与气球分开。降落伞将吊篮放回地面，这样望远镜就可以回收和翻新，再次飞行。

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博科园｜研究/来自：美国宇航局喷气推进实验室

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