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揭秘美新型高空望遠鏡 由波音747改裝
冒牌老師註: 2005年在中研院天文所, 聽過一場印象深刻的演講, 就是關於SOFIA, 整場演講聽來感覺像是未上市股票公司準備要來招募基金準備大賺一筆..當時SOFIA望遠鏡財源有些不順利, 台灣近年來對天文領域投資又相當可觀, 所以大概是想說來試試. 最後好像不是太順利..
不過anyway, 紅外線波段的觀測難度主要來自地表大氣中的水氣對於紅外線的強烈吸收..另外觀測儀器的溫度正好使觀測儀器容易輻射紅外線, 所以紅外線觀測確實不容易..目前中研院漸漸有研究員投入這方面的儀器研發和觀測技術的研究..
改寫自科學網
2010年6月2日，美國《國家地理National Geographic》網站報導，經過歷時13年的規劃和建造，美航空暨太空總署(NASA)最新型高空望遠鏡揭開其神秘面紗。這台望遠鏡搭載於一架經過改裝的波音747大型噴射客機(jumbo jetliner)上，上周首次睜開其紅外線“眼睛”，進行科學觀測。
1.飛機上的望遠鏡
飛機上的望遠鏡(圖片來源：Jim Ross, NASA)
這台望遠鏡全稱“同溫層紅外天文觀測儀”(Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, 簡稱SOFIA)，重達17噸重，一旦安裝在 747客機機身後面的滑動門打開，它就能進行科學觀測。據任務經理介紹，SOFIA望遠鏡填補了現代天文學的一項重要空白。這個不同尋常的觀測平臺可以看到相當於太空紅外望遠鏡觀測到的全部紅外光的80%，而發射和維護費用卻只是太空紅外望遠鏡的一小部分。
全美大學太空研究聯合會 (USRA, Universities Space Research Association)SOFIA科學任務執行主任(SOFIA science mission operations director)艾瑞克-楊(Erick Young)說：“從其所在的同溫層，SOFIA能夠在地球大氣中阻擋99%紅外光的水蒸氣上方飛行，使得我們可以在夜空中觀測目標，而這對於地面望遠鏡來說是力所不能及的。”
2.SOFIA鏡頭下的木星
SOFIA 鏡頭下的木星(圖片來源：Anthony Wesley (left)；image courtesy NASA)
5月26日，在執行首次科學任務中，SOFIA望遠鏡在3.5萬英尺(約合1.07萬米)的高空進行了長達八小時的觀測。SOFIA望遠鏡在這次任務中拍攝了大量紅外照片，其中一張就是獨特的木星彩色照片，以前所未有的清晰度展現了這顆行星的熱量(圖右)。而地面望遠鏡最近拍攝的一張可見光照片則顯示木星上的雲層所呈現奇特的條狀(圖左)。
SOFIA望遠鏡對木星的觀測立即給天文學家留下深刻印象，因為它展現了大量的白色帶狀物，大量紅外線輻射正從那裏逃逸。SOFIA資深科學顧問艾瑞克-貝克林(Eric Becklin)說：“那晚的最大成就是飛機上的科學家記錄到木星的照片。SOFIA的合成照片顯示，木星形成以後捕獲的熱量，正通過木星雲團中的空洞，從其內部不斷湧出。”
3.SOFIA望遠鏡“睜開眼”
SOFIA 望遠鏡“睜開眼”(圖片來源：Tom Tschida, NASA)
在5月份的地面測試中，隨著波音747客機的後門打開，SOFIA 望遠鏡孔徑達8.2英尺(約合2.5米)的主鏡開始捕捉紅外線。測試在美航空暨太空總署位於加州帕姆代爾 (Palmdale)的德萊頓飛行研究中心(Dryden Aircraft Operations Facility, DAOF)進行。SOFIA望遠鏡安裝在波音747客機的一個球形軸承上。據SOFIA任務團隊介紹，通過這個球形軸承，SOFIA望遠鏡就能像“安設在山頂一個10公尺高水泥臺上的望遠鏡一樣的穩定”。
後門邊上的定制偏轉裝置有助於讓強風不會直接衝擊望遠鏡。利用其獨特的空中平臺，SOFIA 望遠鏡的紅外光儀器應該可以穿透星際氣體和塵埃，去研究恒星與行星的形成，瞭解生命所必需的有機物的演變，甚至觀測位於遙遠星系中心的黑洞的運轉機制。
4.SOFIA 望遠鏡內部一瞥
SOFIA 望遠鏡內部一瞥
SOFIA望遠鏡並不是波音747客機上唯一的科學儀器。如這張照片所示，2009年9 月，科學家和工程師正在測試恒星追蹤裝置和用於控制 SOFIA望遠鏡的其他設備，同時處理相關資料。由於地球自轉的影響，天體看上去在空中總是以弧線形運轉，所以，無論是地面望遠鏡還是太空望遠鏡，只能觀測到在落於地平線以下前，停留時間足夠長的目標。
波音747客機的大範圍活動能力，加上操作人員可以遙控望遠鏡瞄準目標，幫助 SOFIA 任務科學家可以連續數小時追蹤目標。在第一次觀測任務中，一個由10名科學家和工程師組成的國際小組用了近八個小時搜集許多天體的資料。美航空暨太空總署希望，從 2010年開始，SOFIA望遠鏡每年至少可以進行累計1000個小時的空中科學觀測。
5.給FORCAST攝像機降溫
給 FORCAST攝像機降溫(圖片來源：Tony Landis, NASA)
在5月份的測試中，工程師小心翼翼地將液氦冷凍劑注入 SOFIA望遠鏡的“暗星體紅外線攝影機”(FORCAST, Faint Object infraRed CAmera for the Sofia Telescope)周圍的套管。FORCAST 攝像機由美國康乃爾大學(Cornell University)的一個研究團隊設計和建造，是第一台可以接收來自望遠鏡鏡面紅外光的儀器。為能夠在紅外光下進行科學觀測——看到的基本上是熱量，FORCAST攝像機需要在超低溫狀態下運轉——只比絕對零度(華氏零下459.67度F或攝氏零下273.15度C)高幾度。
即便是太空低溫環境下，美航空暨太空總署Spitzer太空望遠鏡(Spitzer Space Telescope)也需要加注液氦冷凍劑，令其大部分紅外攝像機保持運轉。在連續運行五年多以後，Spitzer太空望遠鏡的冷凍劑於2009年5月耗盡，不過，它的兩台觀測器仍能夠“溫暖”工作。
6.測量空心(blank)
測量空心（圖片來源：Schott GmBH）
在這幅未標注日期的照片中，一名技術人員正為寬9.8英尺(約合3米)，重8377磅 (約合3800公斤)的SOFIA主鏡測量“空心”。主鏡由玻璃陶瓷(glass-ceramic)材料製成，受熱後不會膨脹，對“空心”進行打磨是主鏡製造過程的組成部分。 SOFIA的主鏡在德國製造。
7.SOFIA的蜂巢鏡
SOFIA 的蜂巢鏡（圖片來源：NASA的羅恩•斯特朗）
拍攝於2004年 10月，SOFIA的主鏡等待最後的反射性金屬鍍層。通過從背後照亮，主鏡的蜂巢形(honeycomb pattern)內部結構暴露無遺。SOFIA的主鏡由玻璃陶瓷合成材料製成，需要進行切割減輕重量，以便改裝後的波音747噴氣機搭載。經過切割和打磨這兩大“瘦身”工序，主鏡的直徑變成8.2英尺(約合2.5 米)，重量只有1900磅(約合862公斤)。
8.完美反射
完美反射（圖片來源：NASA）
拍攝于美國航空暨太空總署位於加州的埃姆斯研究中心(NASA Ames Research Center in California)，兩位身穿無塵衣(clean-room suits)的技術人員躺在鍍鏡室的地板上。他們的倒影出現在剛剛完成鍍層的SOFIA 主鏡上。這個玻璃陶瓷合成材料製成的反射鏡被鍍上一層高反射率的鋁，以便在最大程度上將來自遙遠物體的光線反射到懸在上方的一個較小的次鏡上。次鏡隨後又將光線反射到安裝在主鏡中部的第三個反射鏡上。第三個反射鏡通過反射，讓光線穿過一個長管，最後抵達望遠鏡的焦點。
與望遠鏡的反射鏡一樣，鏡室的重量也必須足夠輕以便於波音747搭載。鑒於天文望遠鏡的特殊性，SOFIA的鏡室由碳纖維強化塑膠(carbon fiber-reinforced plastic)製成。這種材料主要被用於網球拍和帆船船殼的製造。
9.SOFIA回家
SOFIA 回家（圖片來源：NASA的吉姆•羅斯）
2008年1月15日，SOFIA飛抵加州帕姆戴爾(Palmdale)的德萊頓飛行研究中心 (Dryden Aircraft Operations Facility)上空。幾個月前，美國航空暨太空總署最終敲定由Dryden充當SOFIA的永久基地。2010年5月26日，SOFIA完成第一次科研飛行。很多研究人員都希望登上這架紅外觀測飛機飛向藍天。天文學家希望SOFIA在2011年之前完成數十次例行觀測，截至2014年的每年飛行次數可達到150次。如果一切按計劃進行，SOFIA這個觀測宇宙的“飛眼”還能再服役20年。
National Geographic原文報導
NASA Guts 747, Adds 17-Ton Telescope
冒牌老師註: 2005年在中研院天文所, 聽過一場印象深刻的演講, 就是關於SOFIA, 整場演講聽來感覺像是未上市股票公司準備要來招募基金準備大賺一筆..當時SOFIA望遠鏡財源有些不順利, 台灣近年來對天文領域投資又相當可觀, 所以大概是想說來試試. 最後好像不是太順利..
不過anyway, 紅外線波段的觀測難度主要來自地表大氣中的水氣對於紅外線的強烈吸收..另外觀測儀器的溫度正好使觀測儀器容易輻射紅外線, 所以紅外線觀測確實不容易..目前中研院漸漸有研究員投入這方面的儀器研發和觀測技術的研究..
改寫自科學網
2010年6月2日，美國《國家地理National Geographic》網站報導，經過歷時13年的規劃和建造，美航空暨太空總署(NASA)最新型高空望遠鏡揭開其神秘面紗。這台望遠鏡搭載於一架經過改裝的波音747大型噴射客機(jumbo jetliner)上，上周首次睜開其紅外線“眼睛”，進行科學觀測。
1.飛機上的望遠鏡
飛機上的望遠鏡(圖片來源：Jim Ross, NASA)
這台望遠鏡全稱“同溫層紅外天文觀測儀”(Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, 簡稱SOFIA)，重達17噸重，一旦安裝在 747客機機身後面的滑動門打開，它就能進行科學觀測。據任務經理介紹，SOFIA望遠鏡填補了現代天文學的一項重要空白。這個不同尋常的觀測平臺可以看到相當於太空紅外望遠鏡觀測到的全部紅外光的80%，而發射和維護費用卻只是太空紅外望遠鏡的一小部分。
全美大學太空研究聯合會 (USRA, Universities Space Research Association)SOFIA科學任務執行主任(SOFIA science mission operations director)艾瑞克-楊(Erick Young)說：“從其所在的同溫層，SOFIA能夠在地球大氣中阻擋99%紅外光的水蒸氣上方飛行，使得我們可以在夜空中觀測目標，而這對於地面望遠鏡來說是力所不能及的。”
2.SOFIA鏡頭下的木星
SOFIA 鏡頭下的木星(圖片來源：Anthony Wesley (left)；image courtesy NASA)
5月26日，在執行首次科學任務中，SOFIA望遠鏡在3.5萬英尺(約合1.07萬米)的高空進行了長達八小時的觀測。SOFIA望遠鏡在這次任務中拍攝了大量紅外照片，其中一張就是獨特的木星彩色照片，以前所未有的清晰度展現了這顆行星的熱量(圖右)。而地面望遠鏡最近拍攝的一張可見光照片則顯示木星上的雲層所呈現奇特的條狀(圖左)。
SOFIA望遠鏡對木星的觀測立即給天文學家留下深刻印象，因為它展現了大量的白色帶狀物，大量紅外線輻射正從那裏逃逸。SOFIA資深科學顧問艾瑞克-貝克林(Eric Becklin)說：“那晚的最大成就是飛機上的科學家記錄到木星的照片。SOFIA的合成照片顯示，木星形成以後捕獲的熱量，正通過木星雲團中的空洞，從其內部不斷湧出。”
3.SOFIA望遠鏡“睜開眼”
SOFIA 望遠鏡“睜開眼”(圖片來源：Tom Tschida, NASA)
在5月份的地面測試中，隨著波音747客機的後門打開，SOFIA 望遠鏡孔徑達8.2英尺(約合2.5米)的主鏡開始捕捉紅外線。測試在美航空暨太空總署位於加州帕姆代爾 (Palmdale)的德萊頓飛行研究中心(Dryden Aircraft Operations Facility, DAOF)進行。SOFIA望遠鏡安裝在波音747客機的一個球形軸承上。據SOFIA任務團隊介紹，通過這個球形軸承，SOFIA望遠鏡就能像“安設在山頂一個10公尺高水泥臺上的望遠鏡一樣的穩定”。
後門邊上的定制偏轉裝置有助於讓強風不會直接衝擊望遠鏡。利用其獨特的空中平臺，SOFIA 望遠鏡的紅外光儀器應該可以穿透星際氣體和塵埃，去研究恒星與行星的形成，瞭解生命所必需的有機物的演變，甚至觀測位於遙遠星系中心的黑洞的運轉機制。
4.SOFIA 望遠鏡內部一瞥
SOFIA 望遠鏡內部一瞥
SOFIA望遠鏡並不是波音747客機上唯一的科學儀器。如這張照片所示，2009年9 月，科學家和工程師正在測試恒星追蹤裝置和用於控制 SOFIA望遠鏡的其他設備，同時處理相關資料。由於地球自轉的影響，天體看上去在空中總是以弧線形運轉，所以，無論是地面望遠鏡還是太空望遠鏡，只能觀測到在落於地平線以下前，停留時間足夠長的目標。
波音747客機的大範圍活動能力，加上操作人員可以遙控望遠鏡瞄準目標，幫助 SOFIA 任務科學家可以連續數小時追蹤目標。在第一次觀測任務中，一個由10名科學家和工程師組成的國際小組用了近八個小時搜集許多天體的資料。美航空暨太空總署希望，從 2010年開始，SOFIA望遠鏡每年至少可以進行累計1000個小時的空中科學觀測。
5.給FORCAST攝像機降溫
給 FORCAST攝像機降溫(圖片來源：Tony Landis, NASA)
在5月份的測試中，工程師小心翼翼地將液氦冷凍劑注入 SOFIA望遠鏡的“暗星體紅外線攝影機”(FORCAST, Faint Object infraRed CAmera for the Sofia Telescope)周圍的套管。FORCAST 攝像機由美國康乃爾大學(Cornell University)的一個研究團隊設計和建造，是第一台可以接收來自望遠鏡鏡面紅外光的儀器。為能夠在紅外光下進行科學觀測——看到的基本上是熱量，FORCAST攝像機需要在超低溫狀態下運轉——只比絕對零度(華氏零下459.67度F或攝氏零下273.15度C)高幾度。
即便是太空低溫環境下，美航空暨太空總署Spitzer太空望遠鏡(Spitzer Space Telescope)也需要加注液氦冷凍劑，令其大部分紅外攝像機保持運轉。在連續運行五年多以後，Spitzer太空望遠鏡的冷凍劑於2009年5月耗盡，不過，它的兩台觀測器仍能夠“溫暖”工作。
6.測量空心(blank)
測量空心（圖片來源：Schott GmBH）
在這幅未標注日期的照片中，一名技術人員正為寬9.8英尺(約合3米)，重8377磅 (約合3800公斤)的SOFIA主鏡測量“空心”。主鏡由玻璃陶瓷(glass-ceramic)材料製成，受熱後不會膨脹，對“空心”進行打磨是主鏡製造過程的組成部分。 SOFIA的主鏡在德國製造。
7.SOFIA的蜂巢鏡
SOFIA 的蜂巢鏡（圖片來源：NASA的羅恩•斯特朗）
拍攝於2004年 10月，SOFIA的主鏡等待最後的反射性金屬鍍層。通過從背後照亮，主鏡的蜂巢形(honeycomb pattern)內部結構暴露無遺。SOFIA的主鏡由玻璃陶瓷合成材料製成，需要進行切割減輕重量，以便改裝後的波音747噴氣機搭載。經過切割和打磨這兩大“瘦身”工序，主鏡的直徑變成8.2英尺(約合2.5 米)，重量只有1900磅(約合862公斤)。
8.完美反射
完美反射（圖片來源：NASA）
拍攝于美國航空暨太空總署位於加州的埃姆斯研究中心(NASA Ames Research Center in California)，兩位身穿無塵衣(clean-room suits)的技術人員躺在鍍鏡室的地板上。他們的倒影出現在剛剛完成鍍層的SOFIA 主鏡上。這個玻璃陶瓷合成材料製成的反射鏡被鍍上一層高反射率的鋁，以便在最大程度上將來自遙遠物體的光線反射到懸在上方的一個較小的次鏡上。次鏡隨後又將光線反射到安裝在主鏡中部的第三個反射鏡上。第三個反射鏡通過反射，讓光線穿過一個長管，最後抵達望遠鏡的焦點。
與望遠鏡的反射鏡一樣，鏡室的重量也必須足夠輕以便於波音747搭載。鑒於天文望遠鏡的特殊性，SOFIA的鏡室由碳纖維強化塑膠(carbon fiber-reinforced plastic)製成。這種材料主要被用於網球拍和帆船船殼的製造。
9.SOFIA回家
SOFIA 回家（圖片來源：NASA的吉姆•羅斯）
2008年1月15日，SOFIA飛抵加州帕姆戴爾(Palmdale)的德萊頓飛行研究中心 (Dryden Aircraft Operations Facility)上空。幾個月前，美國航空暨太空總署最終敲定由Dryden充當SOFIA的永久基地。2010年5月26日，SOFIA完成第一次科研飛行。很多研究人員都希望登上這架紅外觀測飛機飛向藍天。天文學家希望SOFIA在2011年之前完成數十次例行觀測，截至2014年的每年飛行次數可達到150次。如果一切按計劃進行，SOFIA這個觀測宇宙的“飛眼”還能再服役20年。
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