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美超压气球破飞行纪录 因成本低有望部分替代人造卫星

时间:2016年07月05日 信息来源:《中国科学报》 点击: 【字体:

  NASA 于5 月发射的超压气球。图片来源:NASA


本报讯 由美国宇航局(NASA)释放升空的最新及压力最大的气球创造了一个耐力纪录,即一个大型科学气球在温带地区的最长飞行时间纪录。


包裹着532000立方米的氦气,测量直径114米,这个气球环绕南半球达46天,并将一部伽马射线望远镜送至太空边缘。


7月2日发生的夜间高度骤降迫使该气球提前结束了航程,但其飞行仍然标志着作为人造卫星的一个低成本替代选择,这种由NASA努力开发的所谓超压气球达到的一个里程碑。


几十年来,传统的“零压”气球为研究人员提供了一个高空平台,用于研究大气化学、宇宙微波背景(CMB)以及其他许多现象。但在温带地区,传统气球的耐受力是有限的。在白天,太阳光会加热氦气,导致气体膨胀与泄漏;在夜晚,气球冷却,必须扔掉一些压舱物从而避免气球漂浮得过低。


零压气球只能于夏季在极地附近实现长时间飞行,此时不变的日照使得气球能够一次飞行几个星期。


而超压气球有望把耐受力带到温带地区,从而为观察新现象打开窗口。超压气球的氦气是加压的,因此它们在一天的过程中被加热或冷却但体积却不会改变,它们可以保持在一个恒定的高度,并且不需要放气或扔掉压舱物。


在过去的10年中,NASA已经释放了许多更大并且更加雄心勃勃的超压气球,它们在温带地区飞行的最长时间为32天。


5月17日,该局在新西兰的瓦纳卡释放了其最新的一款超压气球。这个气球在漫长的南半球黑夜以及短暂的白天中飞行:每逢夜晚它会从33000米的巡航高度下降10000米,这或许是因为氦气泄漏所致。尽管NASA最初打算让这个气球在南大洋上空飞行100天,但最终以46天结束。


7月2日,NASA在Camanaa镇以北32公里的秘鲁海岸回收了这个超压气球。目前研究人员正打算复原该气球及其载荷。对这个气球进行仔细研究将有助于NASA避免类似气球在未来的飞行中在相同高度出现下降情况。


与此同时,这个气球还获得了一些新的天体物理学数据。其携带了康普顿分光仪与成像仪(COSI),这是一个伽马射线望远镜,旨在对超新星进行观测。COSI观测了超新星残骸中的放射性核所释放的伽马射线,同时测量了它们的极化情况。这些观测在极地是很难进行的,因为地球磁场使得来自宇宙射线的背景伽马辐射在极地发生了变化。


作为为超压气球飞行而设计的一个轻量级仪器,COSI能够实时向地面发射数据以免出现意外情况而无法对其进行回收。COSI首席研究员、加利福尼亚大学伯克利分校天体物理学家Steven Boggs表示,除了研究超新星以及其他伽马射线来源,该望远镜的长时间飞行使其能够对一个明亮的伽马射线暴进行观测。他说:“你必须在正确的地点以及正确的时间才能捕捉到伽马射线的爆发。”


然而超压气球的观测也存在局限性。双子城明尼苏达大学天体物理学家Shaul Hanany指出,这些观测会产生大量的数据,例如对CMB的研究,“我们必须在气球上储存所有的数据”。这样的研究必须要等到超压气球能够证明其可靠性——它们及其载荷不会坠落在大海中——才能够实施。


尽管如此,在未来几年中,NASA超压气球的工作任务已经排起了长队,涉及的领域从暗物质到宇宙射线。得克萨斯州圣安东尼奥西南研究所行星科学家Eliot Young表示:“如果我在这个气球上有一架望远镜,那我将非常高兴。”他说,随着越来越多的超压气球项目产生了有用的数据,“每个人都意识到这是一个绝佳的机会”。 


(作者:赵熙熙)
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