“40千米高空，科学家要放个气球当日文台”

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科学技术日报记者刘志伟

最近，美国国家航空空航天局( nasa )宣布了一个新项目，利用气球将高2.5米的望远镜送到平流层，建造空中天文台。 任务组最近完成了天文台有效载荷的设计，包括望远镜、科学仪器、冷却和电子系统。 项目工程师将开始集成和测试这些子系统，以确保性能达到预期。 如果顺利的话，这个空中天文台将于2023年末在南极上升空。

气球与其他观测手段相比有什么特点？ 随着未来技术的进步，这架旧飞机还会继续存在于观测任务中吗？ 带着这些问题，科技日报记者采访了华中科技大学物理学院副院长吴庆文教授。

保护地球的大气也是一种障碍

地球表面有厚厚的大气，大气可以有效地保护地球表面免受宇宙线、紫外线、太阳风粒子等各种辐射的侵害，大气是孕育地球生命的必要条件。

“但是，对于天文观测来说，地球的大气是一个障碍”吴庆文说。首先，由于地球大气对电磁波的吸收、反射、散射等效果，宇宙中许多电磁信号无法直接到达地球。 少数波段的电磁波透过地球的大气。 这些波段我们称为“大气窗”。 目前，地球上大气窗的主要大气有光学波段、近红外波段、电波波段，但对远红外、毫米波、紫外线、x射线、伽马射线等基本不透明。

吴庆文说，所有的窗户都能给我们带来丰富的宇宙新闻，所以要更深入地了解宇宙，我们必须跨越地球大气这个障碍。 另外，由于地球大气的湍流，天体的像也会闪烁，图像也会失真。 为了从根本上克服地球大气层对天文观测的影响，有必要将望远镜放置在大气层外。

空间探测的主要交通工具有高度空气球、飞机、火箭等。 其中气球是古老的飞机，有200多年的历史。 宇宙线的发现是1912年奥地利物理学家维克多·赫斯乘气球进行实验的结果。 二战后，轻型、强度高、性能先进的材料使探测空气球大型化，进入高空平流层，极大地促进了大气科学、空间天文和宇宙线等的观测研究。

“[/k0/]气球还可以进行空间载荷试验、遥感实验、生命科学实验等。 ”。 吴庆文认为，考虑到空间的实验对仪器成熟度要求较高，任何问题都可能造成不可估量的损失，高空气球探测具有价格低、效果快、可重复等优点 因此，许多科学卫星搭载的探测器首先要用高空气球进行实验验证。 例如，中国年发射的“悟空”暗物质探测卫星和年发射的“慧眼”x光卫星的相关仪器，都是通过一点气球飞行实验进行前期验证和测试，等技术成熟后批准立项。

在过去的几十年中，空间天文学发展很快，几乎所有波段都有空间望远镜。 例如光学波段的哈勃空间望远镜、x射线波段的钱德拉卫星、牛顿卫星、伽马射线波段的费米卫星等。 这些空之间的观测项目极大地扩大了人类的视野和对宇宙的认识。

在红外区域观测恒星

nasa计划用气球将名为asthros的望远镜于2023年左右送入平流层进行数周的观测，其主要观测波段为亚毫米波到远红外波段。 asthros将成为史上最高的空乘坐气球的最大望远镜。 这个望远镜需要上升到40公里的高度，这个高度远远低于普通卫星的高度，但是可以避免吸收远红外和亚毫米波段的大气。

吴庆文说，红外望远镜探测器需要保持非常低的温度，通常望远镜会用液氦冷却探测器。 asthros采用了一种新方法，利用太阳能提供的电力将超导探测器保持在零下268.5度(绝对接近0度)。 这个低温冷却器的重量比以前传说中的液氦冷却器轻得多。 这是因为相对来说，它大大减轻了有效载荷的重量，可以在平流层运动几个星期。

“红外波段的光透过灰尘的遮蔽，可以看到在光学波段看不到的低温天体。 该红外波段的重要观测目标之一是恒星和恒星的形成区域。 例如，科学家经常利用红外波段观测灰尘密集星系的中心区域，”吴庆文说

因此，asthros的首要科学任务也集中在恒星的物理上，可以利用便携式装置来测量新形成的恒星周围气体的运动和速度。 通过气体密度、速度、运动的三维新闻揭示了大质量恒星和超新星爆炸产生的星风物理，了解到恒星反馈过程，即恒星死亡时的剧烈爆炸可以发散周围的星际介质，阻止进一步恒星的形成。 asthros还将观测长蛇座tw周围的灰尘和气体的质量和分布。 这可能有助于我们认识恒星周围行星的形成过程，例如了解太阳系八大行星的形成机制。 这是因为，asthros会给人类带来丰富的恒星物理新闻。

吴庆文说，如果实验成功，科学家将继续发射卫星或使用更大的探测望远镜进行更深入的研究。