SuperBIT：低成本望远镜

SuperBIT：与哈勃望远镜竞争的低成本望远镜——由足球场大小的气球携带

达勒姆大学、多伦多大学和普林斯顿大学与美国宇航局和加拿大航天局合作建造了一种新型天文望远镜。 SuperBIT 由足球场大小的氦气球携带，飞越地球大气层的 99.5%。 该望远镜将于明年 21 月首次亮相，部署后将获得与哈勃太空望远镜相媲美的高分辨率图像。 多伦多大学博士生 Mohamed Shaaban 将在明天（2021 年 2021 月 XNUMX 日，星期三）在线 RAS 国家天文学会议（NAM XNUMX）上的演讲中描述 SuperBIT。

来自遥远星系的光可以传播数十亿年才能到达我们的望远镜。 在最后一秒的时间里，光必须穿过地球旋转、湍流的大气层。 我们对宇宙的看法变得模糊。 地面上的天文台建在高海拔地区以克服其中的一些问题，但直到现在只有将望远镜放置在太空中才能逃脱大气层的影响。

超压气球载成像望远镜（或SuperBIT）有一个直径为0.5米的镜子，由一个体积为40立方米的氦气球携带到532,000公里的高度，大约是一个足球场的大小。

SuperBIT 于 2019 年 XNUMX 月从加拿大蒂明斯平流层气球基地发射的最后准备工作。图片来源：普林斯顿大学 Steven Benton

它在 2019 年的最后一次试飞展示了非凡的指向稳定性，一个多小时的变化不到千分之三十六度。 这应该使望远镜能够获得与哈勃太空望远镜一样清晰的图像。

以前没有人这样做过，不仅因为它非常困难，还因为气球只能在高空停留几个晚上：对于雄心勃勃的实验来说太短了。 然而，美国宇航局最近开发了能够容纳氦气数月的“超压”气球。 SuperBIT 计划于 XNUMX 月在新西兰瓦纳卡的下一个长期气球上发射。 在季节性稳定的风的带动下，它将环绕地球数次——整夜拍摄天空，然后在白天使用太阳能电池板为其电池充电。

凭借 5 万美元（3.62 万英镑）的第一台望远镜的建造和运营预算，SuperBIT 的成本几乎比同类卫星低 1000 倍。 气球不仅比火箭燃料便宜，而且能够将有效载荷返回地球并重新发射，这意味着它的设计已经在几次试飞中得到了调整和改进。 卫星必须第一次工作，因此通常具有（非常昂贵的）冗余，以及必须通过前一次任务进行太空认证的十年前技术。 现代数码相机每年都在改进——因此开发团队在 SuperBIT 推出前几周为最新的试飞购买了这款尖端相机。 这台太空望远镜将继续升级，或者在未来的每次飞行中都配备新仪器。

2016 年 XNUMX 月，在德克萨斯州美国宇航局哥伦比亚科学气球设施上方飞行的 SuperBIT 气球。图片来源：Richard Massey / Durham University

从长远来看，当哈勃太空望远镜不可避免地出现故障时，它不会再被修复。 在那之后的 20 年里，ESA/NASA 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太空望远镜）或单个光学波段（如将于明年发射的欧几里德天文台）进行成像。

届时，SuperBIT 将成为世界上唯一能够进行高分辨率多色光学和紫外线观测的设施。 该团队已经有资金设计了从 SuperBIT 的 0.5 米口径望远镜升级到 1.5 米（气球的最大承载能力是一个带有约 2 米宽的镜子的望远镜）。 将聚光能力提高十倍，再加上它的广角镜头和更多的百万像素，将使这个更大的仪器比哈勃望远镜更好。 低廉的成本甚至使得拥有一支太空望远镜舰队为世界各地的天文学家提供时间成为可能。

“新的气球技术使参观太空变得便宜、容易且环保，”Shaaban 说。 “SuperBIT 可以不断地重新配置和升级，但它的第一个任务将观察宇宙中最大的粒子加速器：星系团之间的碰撞。”

2022 年飞行的科学目标是测量暗物质粒子的特性。 尽管暗物质是不可见的，但天文学家绘制出它弯曲光线的方式，这种技术被称为引力透镜。 SuperBIT 将测试暗物质在碰撞过程中是否会减速。 地球上没有粒子对撞机可以加速暗物质，但这是理论预测的一个关键特征，可以解释最近对行为怪异的 μ 子的观察。

“穴居人可以将岩石粉碎在一起，看看它们是由什么制成的，”杜伦大学的理查德·马西教授补充道。 “SuperBIT 正在寻找暗物质的紧缩。 这是同一个实验，你只需要一个太空望远镜就可以看到它。”

会议：皇家天文学会全国天文学会议