在绕南极环流飞行了11天后,BLAST气球望远镜遇到了一个小问题:它在着陆后未能与降落伞分离,因此在南极洲被拖行了约125英里(200公里),碎片沿途飞散,直到它在冰隙区丢失且无法找回。
幸运的是,对于研究人员来说,飞散的碎片之一,一个一英尺长的压力容器,仍然保存着实验的硬盘驱动器。一旦研究团队在南极洲的雪地上发现了它的白色外壳,来之不易的数据就安全了。
劳拉·费塞尔,国家射电天文台的研究员,在一月份举行的美国天文学会冬季会议上说:“这实际上是迄今为止最成功的BLAST飞行。”[哈勃望远镜窥探到惊人的恒星工厂]
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尽管着陆粗暴,但望远镜还是对星际尘埃进行了详细的测量。费塞尔当时不在BLAST团队中,但她参与了望远镜的继任者BLAST-Pol的工作,后者是用BLAST在雪地上狂野之旅中撞掉的碎片建造的。
BLAST,即气球搭载大型孔径亚毫米波望远镜的缩写,调查了遥远星系和我们自己的银河系中的恒星形成率。研究人员发现了错综复杂的气体和尘埃丝状物,以及未来可能坍缩成恒星的致密团块。但是银河系中的一些团块似乎比预期持续的时间更长而没有坍缩,导致恒星形成率低于预期。为了后续研究,研究人员决定调查穿梭于这些星际云中的磁场是否会阻止它们坍缩。
BLAST-Pol(“Pol”是“偏振计”的缩写)和即将到来的BLAST-TNG(“下一代”的缩写)旨在调查星系中尘埃弥漫的恒星形成区域,绘制在那里形成的磁场图,并帮助科学家了解磁场对恒星诞生的影响。
费塞尔告诉Space.com:“我们试图研究我们星系中的磁场,特别是我们星系中正在形成恒星的区域。” “如果磁场足够强,它实际上会影响[恒星形成]气体的坍缩和凝结方式,在某些情况下,当它非常强时,它实际上可以提供对抗引力的支撑。” 她说,这可以解释为什么致密区域似乎比预期持续的时间更长而没有坍缩和形成恒星。
费塞尔说:“问题是,你如何观察我们星系遥远部分的磁场?我们不能在那里发送指南针。”
升空!
第一次搭载乘客的热气球飞行于1783年升空;它携带了一只绵羊、一只公鸡和一只鸭子升入大气层。同一年,人类乘坐热气球飞行。随着气球越升越高,科学家们看到了一个诱人的研究领域。但是人类无法在高海拔地区稀薄而寒冷的空气中长期生存,因此人们转向了自动化仪器。例如,早期的气象气球携带了名为气象仪的仪器,这些仪器记录了温度、压力和湿度,因为它们升向平流层。
气球技术为想要研究宇宙的宇航员提供了绝佳的机会:通常,地球大气层会扭曲穿过它的大部分光线,吸收一些波长并在移动时模糊物体。在高处可以减少这种失真。如今,技术已经足够先进,气球不仅可以携带和支撑像BLAST这样的望远镜,其高度是商用飞机飞行高度的三倍,而且还可以自动以极高的精度瞄准它,以便研究人员可以对宇宙进行详细的测量。
BLAST-Pol重约4,000磅(1,800公斤),带有一个大型铝制框架,作为气球的吊舱并支撑着望远镜。框架通过钢制悬索连接到气球的其余部分,这些悬索连接到一个枢轴,允许整个装置转动以瞄准望远镜。望远镜的镜子悬挂在内部框架上,收集光线并将其瞄准到一个名为低温恒温器的冷却室中,该冷却室容纳着望远镜的传感器;低温防止了由于热量引起的假阳性红外测量。
为了从远处确定恒星形成区域在其飞行过程中如何被磁化,BLAST-Pol依赖于科学家已经知道的一个事实:深空中的尘埃颗粒会随着时间的推移与磁场对齐,这会影响它们发出的光。其中一些光是偏振的,这意味着它的电场沿着特定的方向振动。气球望远镜能够测量偏振光,并用它来计算出云磁场的复杂线条。
费塞尔说:“只有百分之几的光是偏振的;它非常非常微弱。” “但是由于我们的望远镜在 атмосферы 之上运行,我们可以观察到非常大的颜色范围——我们基本上可以获得大量光——我们可以用它来制作非常灵敏的偏振图。然后我们用这些图来追踪这些恒星形成区域中的磁场。” [新图像揭示了恒星的整个生命周期]
欧洲航天局的普朗克空间天文台于2009年至2013年运行,已经扫描天空以绘制银河系整个磁场的地图,一些地面望远镜也绘制了其中的一部分。但是费塞尔说,BLAST的地图虽然范围较窄,但对于它检查的各个恒星形成区域来说,比其他地图详细得多。
她说:“我们希望做的一件事是将我们的数据与普朗克的数据结合起来,并希望也能跟进我们在望远镜上的观测,以便我们可以追踪从我们星系最大尺度一直到形成单个或少数恒星的气体团块的磁场。”
BLAST-Pol团队在附近恒星形成区域发现的磁场与通常描绘的环绕条形磁铁的有序线条,甚至是由地球产生的稍微粗糙但相对集中的线条截然不同。相反,研究人员发现了许多详细的漩涡和弯曲,包括磁场方向的奇怪、急剧的变化,这可能是由具有不同磁场的气流碰撞引起的,但似乎不会发生在云的最密集部分。
这些变化也可能是由BLAST-Pol从地球附近观察到的视角造成的扭曲;它只能看到天空中两个维度(水平和垂直)的磁场。磁场可能以各种方式弯曲穿过气体云,而地球上的科学家无法看到指向地球或远离地球的部分。
升级
BLAST-Pol的继任者BLAST-TNG将会更上一层楼。当它在2017年12月升空时,它将在空中停留28天,以惊人的细节绘制星际尘埃图。它的速度将至少是BLAST-Pol的10倍,分辨率大约是BLAST-Pol的6倍。整个装置重达5,000磅,望远镜和吊舱悬挂在一个长度约为足球场1.5倍的气球上。(气球在开始上升时仅部分膨胀,并随着周围大气压力的降低而膨胀200倍。)与BLAST-Pol一样,BLAST-TNG也将能够旋转整个望远镜以扫描天空,并且其灵敏的探测器将保持在接近绝对零度(零下459.67华氏度或零下273.15摄氏度)的温度,以便它们能够尽可能灵敏地探测到热量产生的红外光。它将收集如此多的数据,以至于该团队正在将四分之一的观测时间提供给其他小组,以调查他们自己的特征。
BLAST-TNG的主镜非常大——2.5米(8.2英尺)——以至于无法装入普通的卡车。因此,它将不会与其他望远镜部件组装在一起,直到今年7月在德克萨斯州美国国家航空航天局气球设施进行集成,费塞尔说。
费塞尔说:“有了新的望远镜,我们将能够观察到更多的云,而且我们也将拥有灵敏度,我们可以开始观察我们星系中更稀薄的气体和尘埃云,这些云将来可能会压缩下来,形成这些恒星形成的云。” “我们正在研究这些恒星形成云实际上是如何产生的。”
这种对恒星形成云的前身(其中恒星的线索编码在更密集的星际尘埃斑块中)的洞察力将帮助研究人员了解磁场是如何发展的,进而塑造正在形成的恒星的发展。这一切都将在地球上方24英里(38.5公里)的高度完成。
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