他们用不到千分之一的成本,造一台和哈勃性能相当的望远镜
2016 年 6 月,SuperBIT 在 NASA 位于美国得克萨斯州的哥伦比亚气球科学设施(Columbia Scientific Balloon Facility)试飞。图片来源:Richard Massey / Durham University
此类项目前无古人,不仅因为它极度困难,还因为气球只能在空中停留数个晚上——对于一个雄心勃勃的实验来说,这时间实在太短了。不过,美国航空航天局最近开发了一种“超高压”气球,能够在充满氦气后保持数月。SuperBIT 计划于 4 月在新西兰的瓦纳卡(Wanaka)发射下一个持久存续的气球。乘着稳定的季风,它将环绕地球数周——夜间观测天空进行成像,白天则使用太阳能电池板为电池充电。
首台 SuperBIT 望远镜的建造和运行预算为 500 万美元(约合人民币 3,200 万元),成本仅为同类人造卫星的千分之一。这不光是因为气球要比火箭燃料便宜,还因为 SuperBIT 的有效载荷能返回地球并重新发射,这意味着它的设计可以在多次试飞中不断调整、改进。人造卫星必须一次性成功,因此通常具有(极其昂贵的)设计冗余,使用的技术必须经过以往太空任务的验证,往往是十年前的“古董”。现代数码相机每年都在迭代改进——所以开发团队赶在 SuperBIT 上次试飞的前几周为其购买了最前沿的相机。这一空间望远镜将会不断升级,在未来每次飞行中配备新的仪器。
哈勃空间望远镜难免会出现故障,总有一天它将无法修复,彻底坏掉。在那之后的 20 年里,欧洲航天局(ESA)和美国航空航天局开展的任务将只能在红外波长(如将于今年秋季发射的詹姆斯·韦伯空间望远镜)或单光学波段(如将于明年发射的欧几里得天文台)进行成像。
届时,SuperBIT 将成为世界上唯一涵盖多色光学和紫外波段的高分辨率观测设施。项目团队已经筹到资金,计划将 SuperBIT 的望远镜口径从 0.5 米升级至 1.5 米(气球最大能承载口径约 2 米的望远镜)。从而将聚光能力提高十倍,再加上更广阔的镜头视角和更高的像素,这台仪器规模将会更大,表现甚至会比哈勃更好。SuperBIT 成本低廉,甚至可以批量建造,为世界各地的天文学家提供观测时间。
“新的气球技术使访问太空变得廉价、简单且环保,”沙班说,“SuperBIT 可以不断重新配置、进行升级,而它的第一个任务是观测宇宙中最大的粒子加速器——星系团之间的碰撞。”
SuperBIT 项目 2022 年这次飞行的科学目标是测量暗物质粒子的性质。虽然暗物质是不可见的,但天文学家描述了它弯曲光线的方式,这种机制被称为引力透镜。SuperBIT 将测试暗物质是否会在碰撞过程中减速。地球上的粒子对撞机无法对暗物质进行加速,以检验这个猜想,但这是理论预测中暗物质的一个关键特征,或许可以解释近期观测到的 μ 子的反常行为。
“穴居人可以把岩石敲击成碎片,观察它们的内在结构,”杜伦大学的理查德·梅西(Richard Massey)教授补充道,“SuperBIT 正在寻找暗物质的对撞。这两者异曲同工,你只需要一台太空望远镜就能看到它。”
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