廉价气球望远镜欲“挑战”太空望远镜

2019年，在加拿大上空18小时的气球飞行中，“超级比特”保持稳定，并拍摄了清晰的照片。

照片来源:SUPERBIT COLLABORATION

没有任何仪器能比美国宇航局价值50亿美元的哈勃太空望远镜更好地揭示太空的秘密，但一些研究人员认为，只要用气球将望远镜升到太空边缘花费200万美元，它就能实现哈勃的某些功能。最近，相关研究小组报告称，在2019年9月的一次飞行中，“超级比特”展示了其保持稳定性和拍摄接近哈勃分辨率的遥远恒星的能力。

“这实际上是可行的。”多伦多大学的天文学家、SuperBIT的成员Barth Netterfield说。“这太神奇了。”伦敦大学学院的天文学家理查德·埃利斯没有参与这个项目，他说低成本、快速旋转的气球望远镜带来了新的机遇。"如果有人想出了一个绝妙的主意，气球会马上被实现."

哈勃望远镜在地球大气层上运行，它的可见度只受到2.4米镜子的限制。气球携带的望远镜漂浮在99%的大气层上，高度达几十公里。如果科学家能在气球漂浮和旋转时稳定它的方向，他们将有类似的优势。超级比特研究人员在《科学仪器评论》上发表的一篇论文中说，他们已经解决了这个问题。

超级比特使用最先进的轴承和无刷电机来平滑运动，同时确定方向涉及陀螺仪、天空图像和导航星。2019年9月，在加拿大北部进行的18小时飞行中，“超级比特”以260毫弧度秒的分辨率非常稳定地飞行，达到了0.5米镜面的理论极限。

为了与太空望远镜竞争，气球携带的望远镜必须在空中停留许多夜晚，这就是新的超压气球被使用的地方。为了避免破裂，一个普通的气球必须在最热的日子里放出氦气，因为它会在晚上下沉之前膨胀和上升。再过几天，这种上下浮动的气球将无法保持在高处，因为氦气太少了。然而，更强的超压气球保持稳定的体积，不释放氦气，并能在恒定的高度巡航数周。美国国家航空航天局气球项目科学家托马斯·哈姆斯说，2009年，美国国家航空航天局的超压气球飞行了54天。"我们很快会看到这种航班更加频繁。"他说。

美国宇航局计划每年发射一个超压气球，超级比特研究人员希望在2021年发射一个。"这次飞行将追踪宇宙中神秘暗物质的分布."达勒姆大学的宇宙学家、超级比特项目的共同*理查德·梅西说。

梅西对哈勃做了类似的工作，但是SuperBIT有一个比哈勃能覆盖更多天空的广角相机。它可以在具有类似目标的太空望远镜前飞行，例如计划于2022年发射的欧空局欧几里得望远镜。

气球望远镜正面临着自己的挑战。在南极洲，美国宇航局只在夏天发射气球，那时天气相对温和，但是持续的阳光排除了光学天文学的可能性。因此，“超级比特”的科学气球将不得不在中纬度地区发射，也许是从美国国家航空航天局在新西兰的一个设施发射，在那里它将度过大部分时间飞越海洋。这使得下载数据非常困难，所以超级比特团队测试了一个当有效负载在陆地上时丢弃硬盘的系统。此外，气球上的望远镜在着陆时也会受到撞击。"在最近的一次飞行中，它被拖过一片森林，砍倒了50棵树。"内特菲尔德透露。

埃利斯说，气球上的望远镜可能仅限于小型应用，但超级比特团队有更大的野心。他们正在开发一种1.5米的气球望远镜“后继者”。超级比特的成员之一、普林斯顿大学的天体物理学家威廉姆·琼斯说，它可以以大约9000万美元的成本部分取代哈勃望远镜。“许多人希望拥有哈勃所拥有的能力，”他说。"一旦证明这是可行的，我们就应该抓住一切机会让它飞起来."

相关论文信息:https://doi.org/10.1126/science.356.6344.1227