在繞南極環流飛行了11天后,BLAST氣球望遠鏡遇到了一個小問題:它在著陸後未能與降落傘分離,因此在南極洲被拖行了約125英里(200公里),碎片沿途飛散,直到它在冰隙區丟失且無法找回。
幸運的是,對於研究人員來說,飛散的碎片之一,一個一英尺長的壓力容器,仍然儲存著實驗的硬碟驅動器。一旦研究團隊在南極洲的雪地上發現了它的白色外殼,來之不易的資料就安全了。
勞拉·費塞爾,國家射電天文臺的研究員,在一月份舉行的美國天文學會冬季會議上說:“這實際上是迄今為止最成功的BLAST飛行。”[哈勃望遠鏡窺探到驚人的恆星工廠]
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儘管著陸粗暴,但望遠鏡還是對星際塵埃進行了詳細的測量。費塞爾當時不在BLAST團隊中,但她參與瞭望遠鏡的繼任者BLAST-Pol的工作,後者是用BLAST在雪地上狂野之旅中撞掉的碎片建造的。
BLAST,即氣球搭載大型孔徑亞毫米波望遠鏡的縮寫,調查了遙遠星系和我們自己的銀河系中的恆星形成率。研究人員發現了錯綜複雜的氣體和塵埃絲狀物,以及未來可能坍縮成恆星的緻密團塊。但是銀河系中的一些團塊似乎比預期持續的時間更長而沒有坍縮,導致恆星形成率低於預期。為了後續研究,研究人員決定調查穿梭於這些星際雲中的磁場是否會阻止它們坍縮。
BLAST-Pol(“Pol”是“偏振計”的縮寫)和即將到來的BLAST-TNG(“下一代”的縮寫)旨在調查星系中塵埃瀰漫的恆星形成區域,繪製在那裡形成的磁場圖,並幫助科學家瞭解磁場對恆星誕生的影響。
費塞爾告訴Space.com:“我們試圖研究我們星系中的磁場,特別是我們星系中正在形成恆星的區域。” “如果磁場足夠強,它實際上會影響[恆星形成]氣體的坍縮和凝結方式,在某些情況下,當它非常強時,它實際上可以提供對抗引力的支撐。” 她說,這可以解釋為什麼緻密區域似乎比預期持續的時間更長而沒有坍縮和形成恆星。
費塞爾說:“問題是,你如何觀察我們星系遙遠部分的磁場?我們不能在那裡傳送指南針。”
升空!
第一次搭載乘客的熱氣球飛行於1783年升空;它攜帶了一隻綿羊、一隻公雞和一隻鴨子升入大氣層。同一年,人類乘坐熱氣球飛行。隨著氣球越升越高,科學家們看到了一個誘人的研究領域。但是人類無法在高海拔地區稀薄而寒冷的空氣中長期生存,因此人們轉向了自動化儀器。例如,早期的氣象氣球攜帶了名為氣象儀的儀器,這些儀器記錄了溫度、壓力和溼度,因為它們升向平流層。
氣球技術為想要研究宇宙的宇航員提供了絕佳的機會:通常,地球大氣層會扭曲穿過它的大部分光線,吸收一些波長並在移動時模糊物體。在高處可以減少這種失真。如今,技術已經足夠先進,氣球不僅可以攜帶和支撐像BLAST這樣的望遠鏡,其高度是商用飛機飛行高度的三倍,而且還可以自動以極高的精度瞄準它,以便研究人員可以對宇宙進行詳細的測量。
BLAST-Pol重約4,000磅(1,800公斤),帶有一個大型鋁製框架,作為氣球的吊艙並支撐著望遠鏡。框架透過鋼製懸索連線到氣球的其餘部分,這些懸索連線到一個樞軸,允許整個裝置轉動以瞄準望遠鏡。望遠鏡的鏡子懸掛在內部框架上,收集光線並將其瞄準到一個名為低溫恆溫器的冷卻室中,該冷卻室容納著望遠鏡的感測器;低溫防止了由於熱量引起的假陽性紅外測量。
為了從遠處確定恆星形成區域在其飛行過程中如何被磁化,BLAST-Pol依賴於科學家已經知道的一個事實:深空中的塵埃顆粒會隨著時間的推移與磁場對齊,這會影響它們發出的光。其中一些光是偏振的,這意味著它的電場沿著特定的方向振動。氣球望遠鏡能夠測量偏振光,並用它來計算出雲磁場的複雜線條。
費塞爾說:“只有百分之幾的光是偏振的;它非常非常微弱。” “但是由於我們的望遠鏡在 атмосферы 之上執行,我們可以觀察到非常大的顏色範圍——我們基本上可以獲得大量光——我們可以用它來製作非常靈敏的偏振圖。然後我們用這些圖來追蹤這些恆星形成區域中的磁場。” [新影像揭示了恆星的整個生命週期]
歐洲航天局的普朗克空間天文臺於2009年至2013年執行,已經掃描天空以繪製銀河系整個磁場的地圖,一些地面望遠鏡也繪製了其中的一部分。但是費塞爾說,BLAST的地圖雖然範圍較窄,但對於它檢查的各個恆星形成區域來說,比其他地圖詳細得多。
她說:“我們希望做的一件事是將我們的資料與普朗克的資料結合起來,並希望也能跟進我們在望遠鏡上的觀測,以便我們可以追蹤從我們星系最大尺度一直到形成單個或少數恆星的氣體團塊的磁場。”
BLAST-Pol團隊在附近恆星形成區域發現的磁場與通常描繪的環繞條形磁鐵的有序線條,甚至是由地球產生的稍微粗糙但相對集中的線條截然不同。相反,研究人員發現了許多詳細的漩渦和彎曲,包括磁場方向的奇怪、急劇的變化,這可能是由具有不同磁場的氣流碰撞引起的,但似乎不會發生在雲的最密集部分。
這些變化也可能是由BLAST-Pol從地球附近觀察到的視角造成的扭曲;它只能看到天空中兩個維度(水平和垂直)的磁場。磁場可能以各種方式彎曲穿過氣體雲,而地球上的科學家無法看到指向地球或遠離地球的部分。
升級
BLAST-Pol的繼任者BLAST-TNG將會更上一層樓。當它在2017年12月升空時,它將在空中停留28天,以驚人的細節繪製星際塵埃圖。它的速度將至少是BLAST-Pol的10倍,解析度大約是BLAST-Pol的6倍。整個裝置重達5,000磅,望遠鏡和吊艙懸掛在一個長度約為足球場1.5倍的氣球上。(氣球在開始上升時僅部分膨脹,並隨著周圍大氣壓力的降低而膨脹200倍。)與BLAST-Pol一樣,BLAST-TNG也將能夠旋轉整個望遠鏡以掃描天空,並且其靈敏的探測器將保持在接近絕對零度(零下459.67華氏度或零下273.15攝氏度)的溫度,以便它們能夠儘可能靈敏地探測到熱量產生的紅外光。它將收集如此多的資料,以至於該團隊正在將四分之一的觀測時間提供給其他小組,以調查他們自己的特徵。
BLAST-TNG的主鏡非常大——2.5米(8.2英尺)——以至於無法裝入普通的卡車。因此,它將不會與其他望遠鏡部件組裝在一起,直到今年7月在德克薩斯州美國國家航空航天局氣球設施進行整合,費塞爾說。
費塞爾說:“有了新的望遠鏡,我們將能夠觀察到更多的雲,而且我們也將擁有靈敏度,我們可以開始觀察我們星系中更稀薄的氣體和塵埃雲,這些雲將來可能會壓縮下來,形成這些恆星形成的雲。” “我們正在研究這些恆星形成雲實際上是如何產生的。”
這種對恆星形成雲的前身(其中恆星的線索編碼在更密集的星際塵埃斑塊中)的洞察力將幫助研究人員瞭解磁場是如何發展的,進而塑造正在形成的恆星的發展。這一切都將在地球上方24英里(38.5公里)的高度完成。
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