本文轉載自公眾(zhong) 號“科研圈”（ID： keyanquan）

　　SuperBIT 拍攝的“創生之柱”（Pillars of Creation），圖片由可見光和紫外波段合成。這是鷹星雲(yun) 中的氣體(ti) 和塵埃，位於(yu) 巨蛇座方向，距離太陽係約 7，000 光年。圖片來源：SuperBIT team， from Romualdez et al。 （2018） SPIE 10702。

　　翻譯 | 周舒義(yi)

　　編輯 | 戚譯引

　　來源 | 科研圈（ID： keyanquan）

　　英國杜倫(lun) 大學、加拿大多倫(lun) 多大學和美國普林斯頓大學與(yu) 美國航空航天局（NASA）、加拿大航天局（Canadian Space Agency）合作，建造了一台名為(wei) SuperBIT 的新型天文望遠鏡。它由一個(ge) 足球場大小的氦氣球運載，在99.5% 質量分數的地球大氣層之上飛行。該望遠鏡將於(yu) 2022 年 4 月首次投入使用，部署後將拍攝可與(yu) 哈勃空間望遠鏡相媲美的高分辨率圖像。多倫(lun) 多大學博士生穆罕默德·沙班（Mohamed Shaaban）在 7 月 21 日星期三的英國皇家天文學會(hui) 全國天文學會(hui) 議（RAS NAM 2021）上發表了在線演講，介紹 SuperBIT。

　　來自遙遠星係的光芒需要經過數十億(yi) 年才能抵達我們(men) 的望遠鏡。在最後的萬(wan) 分之幾秒裏，光線必須穿過地球大氣中的渦旋和湍流。我們(men) 觀測到的宇宙圖景會(hui) 因此變得模糊不清。地基天文台建在高海拔地區，可以部分緩解這一問題，但迄今為(wei) 止，隻有把望遠鏡架設在空間，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）鏡麵口徑 0.5 米，由一個(ge) 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(ge) 足球場那麽(me) 大。

　　該設備在 2019 年的最後一次試飛中展現出非凡的指向穩定性，一個(ge) 多小時內(nei) 的指向變化幅度才不到三萬(wan) 六千分之一度。這會(hui) 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 位於(yu) 美國得克薩斯州的哥倫(lun) 比亞(ya) 氣球科學設施（Columbia Scientific Balloon Facility）試飛。圖片來源：Richard Massey / Durham University

　　此類項目前無古人，不僅(jin) 因為(wei) 它極度困難，還因為(wei) 氣球隻能在空中停留數個(ge) 晚上——對於(yu) 一個(ge) 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了一種“超高壓”氣球，能夠在充滿氦氣後保持數月。SuperBIT 計劃於(yu) 4 月在新西蘭(lan) 的瓦納卡（Wanaka）發射下一個(ge) 持久存續的氣球。乘著穩定的季風，它將環繞地球數周——夜間觀測天空進行成像，白天則使用太陽能電池板為(wei) 電池充電。

　　首台 SuperBIT 望遠鏡的建造和運行預算為(wei) 500 萬(wan) 美元（約合人民幣 3，200 萬(wan) 元），成本僅(jin) 為(wei) 同類人造衛星的千分之一。這不光是因為(wei) 氣球要比火箭燃料便宜，還因為(wei) SuperBIT 的有效載荷能返回地球並重新發射，這意味著它的設計可以在多次試飛中不斷調整、改進。人造衛星必須一次性成功，因此通常具有（極其昂貴的）設計冗餘(yu) ，使用的技術必須經過以往太空任務的驗證，往往是十年前的“古董”。現代數碼相機每年都在迭代改進——所以開發團隊趕在 SuperBIT 上次試飛的前幾周為(wei) 其購買(mai) 了最前沿的相機。這一空間望遠鏡將會(hui) 不斷升級，在未來每次飛行中配備新的儀(yi) 器。

　　哈勃空間望遠鏡難免會(hui) 出現故障，總有一天它將無法修複，徹底壞掉。在那之後的 20 年裏，歐洲航天局（ESA）和美國航空航天局開展的任務將隻能在紅外波長（如將於(yu) 今年秋季發射的詹姆斯·韋伯空間望遠鏡）或單光學波段（如將於(yu) 明年發射的歐幾裏得天文台）進行成像。

　　屆時，SuperBIT 將成為(wei) 世界上唯一涵蓋多色光學和紫外波段的高分辨率觀測設施。項目團隊已經籌到資金，計劃將 SuperBIT 的望遠鏡口徑從(cong) 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(cong) 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，這台儀(yi) 器規模將會(hui) 更大，表現甚至會(hui) 比哈勃更好。SuperBIT 成本低廉，甚至可以批量建造，為(wei) 世界各地的天文學家提供觀測時間。

　　“新的氣球技術使訪問太空變得廉價(jia) 、簡單且環保，”沙班說，“SuperBIT 可以不斷重新配置、進行升級，而它的第一個(ge) 任務是觀測宇宙中最大的粒子加速器——星係團之間的碰撞。”

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

　　“穴居人可以把岩石敲擊成碎片，觀察它們(men) 的內(nei) 在結構，”杜倫(lun) 大學的理查德·梅西（Richard Massey）教授補充道，“SuperBIT 正在尋找暗物質的對撞。這兩(liang) 者異曲同工，你隻需要一台太空望遠鏡就能看到它。”

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