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美国宇航局能否用气球把一个2.5米的望远镜送入地球平流层?

美国宇航局一项雄心壮志的新使命现已开端,该使命将用气球将一个8.4英尺(2.5米)高的顶级望远镜送入平流层。暂定于2023年12月从南极洲发射的ASTHROS将花费大约三周时刻在结冰的南部大陆上空的气流中漂流,并在此进程中完结几个榜首。由美国宇航局喷气推动试验室办理的ASTHROS观测远红外光。

要做到这一点,ASTHROS将需求到达约13万英尺的高度,这个高度大约是商用客机飞翔高度的四倍。尽管它依然远低于空间鸿沟,但它的高度将足以观测到被地球大气层阻挠的光波长。使命团队现在完结了天文台有效载荷的规划,其间包含望远镜(捕捉光线),科学仪器,以及冷却和电子体系等子体系。

未来喷气推动试验室的工程师将开端对这些子体系进行集成和测验,以验证它们的功能是否契合预期。尽管气球看起来似乎是过期的技能,但与地上或太空使命比较,它们为美国宇航局供给了共同的优势。美国宇航局科学气球方案现已在弗吉尼亚州的沃洛普斯飞翔设备运行了30年。它每年从全球各地发射10至15次使命,以支撑美国宇航局一切科学学科的试验,以及用于技能开发和教育意图。

天空中的红外眼

与太空使命比较,气球使命不只本钱更低,并且前期规划和布置之间的时刻也更短,这意味着他们可以承受运用尚未在太空飞翔的新技能或最先进技能带来的更高危险。这些危险或许以不知道的技能或事务应战的方式呈现,这些应战或许会影响使命的科学产出。经过应对这些应战,气球使命可以为未来的使命奠定根底,以收成这些新技能的优点,喷气推动试验室工程师Jose Siles说:

像ASTHROS这样的气球使命比太空使命危险更高,但本钱适中,但报答很高,有了ASTHROS,咱们的方针是进行曾经从未尝试过的天体物理观测。这项使命将经过测验新技能并为下一代工程师和科学家供给训练,为未来的太空使命铺平道路。ASTHROS将带着一台仪器来丈量新构成恒星周围气体的运动和速度。在飞翔期间,使命将研讨四个首要方针,包含银河系中的两个恒星构成区域。

一起还将初次勘探和领会两种特定类型氮离子,这些氮离子可以提醒来自负质量恒星和超新星爆破的风,现已重塑了这些恒星构成区域内气体云的当地。在一个被称为恒星反应的进程中,这种强烈的迸发可以在数百万年的时刻里遣散周围物质,阻挠恒星的构成,或许彻底阻挠它的构成。可是恒星反应也会导致物质集合在一起,加快恒星的构成。咱们没有这个进程,像银河系这样的星系中一切可用的气体和尘土很久曾经就会聚组成恒星。

ASTHROS将首要制造这些区域气体密度、速度和运动的具体三维地图,看看重生恒星是怎么影响它们的胎盘物质。经过这样做,研讨小组期望洞悉恒星反应是怎么作业的,并供给新的信息来完善星系演化的计算机模仿。ASTHROS的第三个方针将是星系梅西耶83,在那里调查恒星反应的痕迹,将使ASTHROS团队可以更深化地了解它对不同类型星系的影响。喷气推动试验室科学家、ASTHROS首席研讨员豪尔赫·皮内达说:

探究世界的奥妙

我以为,在整个世界历史上,恒星反应是恒星构成的首要调理要素。星系演化的计算机模仿依然不能彻底仿制咱们在世界中看到的实际,用ASTHROS进行氮气测绘,这是曾经从未做过的,看到这些信息怎么协助这些模型变得更准确,将是令人兴奋的。作为其第四个方针,ASTHROS将观测TW Hydrae,这是一颗年青的恒星,周围环绕着一大片尘土和气体,那里或许正在构成行星。

凭仗其共同的才能,ASTHROS将丈量这个原行星盘的总质量,并显现这个质量是怎么在整个进程中散布的。这些观测或许会提醒尘土集合在一起构成行星的当地,了解更多关于原行星盘的常识,可以协助天文学家了解年青太阳系中不同类型的行星是怎么构成的。要做到这一切,ASTHROS将需求一个大气球:当充溢氦气时,它将大约400英尺(150米)宽,或许说大约一个足球场的巨细。

气球下面的吊篮将带着仪器和轻型望远镜,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规划和优化的镜子、镜头和勘探器组成。多亏了这个碟子,ASTHROS并列为有史以来乘坐高空气球飞翔的最大望远镜。在飞翔进程中,科学家将可以准确操控望远镜指向的方向,并运用卫星链路实时下载数据。由于远红外线仪器需求坚持十分低的温度,所以许多使命都会带着液氦来冷却它们。

ASTHROS将转而依靠制冷机,它运用电力来坚持超导勘探器挨近零下451.3华氏度(零下268.5摄氏度),略高于绝对零度。低温冷却器的分量比ASTHROS在整个使命中坚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,使命寿数不再受气球上有多少液氦的约束。估计,在盛行的平流层风推动下,气球将在大约21至28天内完结环绕南极的两到三圈。

一旦科学使命完结,操作员将发送飞翔停止指令,将连接到降落伞的吊舱与气球分隔。降落伞将吊篮放回地上,这样望远镜就可以收回和创新,再次飞翔。

博科园|研讨/来自:美国宇航局喷气推动试验室

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