一架波音747架著全世界最牛的高空望遠鏡，最新探測了10小時……

來自專欄三體引力波

一提到天文望遠鏡，你馬上就會想到：各種地面望遠鏡，太空望遠鏡。

但聽說過高空望遠鏡嗎？架在三手波音747上的？

這就是全球最大最著名的高空望遠鏡——索菲亞（SOFIA）。

就在昨天，這架特別的高空望遠鏡，執行一個長達10小時的夜間飛行。

觀測目標：射手座一個密集的氣體雲天區，還有超新星爆發後的殘骸物質。

• 問題來了，為啥這架高大上的高空望遠鏡，起個女性化的名字？

其實，索菲亞（SOFIA）全名Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy，直譯為「同溫層紅外線天文台」，這就意味著：飛機要飛到同溫層去觀測宇宙。

• 為啥要飛到同溫層？

先說說什麼是「同溫層」，也叫平流層，

是地球大氣層自下而上的第二層，海拔高度從8／16公里～50公里這一區間。

在對流層之上，特點是相對平靜的大氣層，這一層的上半部分就是著名的臭氧層，能夠吸收大量紫外線，是地球生命的保護傘。

讓索菲亞飛到同溫層觀測，關鍵基於兩點：

①平流層下面的對流層，含有地球大氣層幾乎所有的水蒸氣，而這些水蒸氣能夠阻擋來自太空99%的紅外光，所以地面天文望遠鏡大都沒法精確捕捉紅外光。

②儘管像斯皮策、哈勃這類太空望遠鏡，也能夠觀測紅外光波段，但因為任務繁忙、造價昂貴，無法全頻段觀測紅外光波段，而採用索菲亞這種高空望遠鏡，則要靈活、方便、廉價得多。

所以，美國宇航局花了大力氣設計建造出這款索菲亞，從規劃、設計、製造、改裝，歷時13年，造出這架最大最牛的高空望遠鏡——索菲亞。

當然，索菲亞並不是美國第一架高空望遠鏡。

早在1965年，NASA就採用康維爾990改裝飛機，首次進行了高空望遠鏡紅外光波段的觀測。

再說說三手飛機的事兒。

為了降低成本，NASA使用的是二手飛機，1997年從美國聯合航空公司買下這架波音747SP寬體飛機時，已經足足飛了20年，這期間還倒過一手，所以被戲稱為【三手飛機】。不過呢，飛機安全、能用就好。

設計能力必須達到：能夠裝下直徑2.5米的望遠鏡，10人一組的實時觀測團隊和裝備，飛上12公里以上的平流層，每年飛行100個航班。

最關鍵的技術環節，就在高空望遠鏡：第一主鏡必須好，第二穩定性必須好。

①主鏡製造加工，先後在法、德兩國完成。

鏡片採用微晶玻璃特製，幾乎不會膨脹。光是拋光打磨就用了兩年時間，光學鏡面達到8.5納米的精度，1納米有一根頭髮絲的8萬分之一。從1999年開始製造，直到2004進行第一次地面測試，整整用了5年。

②高空望遠鏡另一個關鍵技術，在於穩定性。

就算主鏡研製技術再高精尖，只要飛機一抖，望遠鏡一顫，全都白費。

為此，研發人員專門研製了一個球形軸承，把高精尖的望遠鏡妥妥裝置在這個穩定器上，設計標準需要達到——就像在地面一座10米高的水泥台上，那種天文望遠鏡一樣穩定！

• 這得花費多少刀呢？

直到2007年4月26日，索菲亞實現首次試飛，整個項目預算從原來的1.85億，猛增到3.3億美元。

當然，NASA不是一家買單，另外還有兩家分攤：德國航空航天中心DLR、高校空間研究協會URSA。

• 花掉這麼多經費，索菲亞物有所值？

前面說了，索菲亞作為高空望遠鏡，最大特點就是全頻段觀測紅外光。

它能夠穿透星際氣體和塵埃，觀測恆星與行星的形成，尋找太空生物跡象，探索宇宙有機物的演變，甚至觀測黑洞的運轉機制。

• 從2007年首飛一直到現在，索菲亞干出什麼名堂沒？

當然有啦。

2016年初，索菲亞率先發現火星大氣層里有氧原子。

2017年初，利用中紅外線光譜對穀神星觀測，幫助NASA確定了小行星表面存在行星塵埃。

2017年6月，NASA發布一項研究成果：超大質量黑洞周圍的塵埃環，體積要比科學家預想的少30%，但是更緻密更緊湊。

——這都是索菲亞的功勞。

背後的苦勞，每年要飛100個航班，一個航班10人一組。

要知道作為高空望遠鏡飛了11年，身為波音飛機足足飛了41年（1977～2018）。

還有一項重要功能就是科普教育。

按照我們國產說法，索菲亞可是實實在在的「青少年科普教育示範基地」，每年都會欣然接待——青少年天文愛好者、天文教育工作者、天文館和科學館工作者等人士的實際觀測和體驗。

要知道，索菲亞的身份可是全世界最大最尖端的高空望遠鏡，這要是在某些國，恐怕只能是遠觀、不能近身的供品。