“40千米高空，科学家要放个气球当日文台”

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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。

保护地球大气也是障碍

地球表面有厚厚的大气，大气可以有效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、散射等效应，宇宙中许多电磁信号无法直接到达地球。 少数波段的电磁波可以透过地球的大气，这些波段被称为大气窗。 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。

高空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射线卫星的相关仪器都通过单点气球飞行实验进行了前期验证和测试，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。

在红外波段观测恒星[/BR/] NASA计划利用气球将名为asthros的望远镜送到平流层进行数周的观测，其主要观测波段是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维持非常低的温度，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。 这个红外波段的重要观测目标之一是恒星和恒星形成区域，因为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物理上，其便携式仪器可以用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。 (记者刘志伟通讯员王潇潇潇)

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