NASA的GUSTO准备绘制恒星之间的空间地图

在南极洲广阔的冰盖上，科学家和工程师正在准备一项名为GUSTO的NASA实验，以通过气球探索宇宙。GUSTO将于12月21日从美国国家科学基金会麦克默多站研究基地附近的罗斯冰架发射升空。

GUSTO代表银河/河外ULDB太赫兹光谱天文台，它将观测称为星际介质的恒星之间的空间。这架气球载望远镜将帮助科学家利用极高频无线电波绘制银河系大部分区域的3D地图。GUSTO将检查100平方度的区域，探索星际介质的许多相以及星系中关键化学元素的丰度。

特别是，GUSTO将扫描星际介质中的碳、氧和氮，因为它们对地球上的生命至关重要。这些元素还可以帮助科学家解开塑造星际介质的复杂过程网络。

虽然我们的银河系充满了数十亿颗恒星，包括我们的太阳，它们本身就很有趣，但它们之间的空间蕴藏着关于恒星和行星如何诞生的丰富线索。

星际介质是弥漫的冷气体和尘埃聚集成称为分子云的巨大宇宙结构的地方，在适当的条件下，分子云可以坍塌形成新的恒星。从年轻恒星周围旋转的物质盘中，可以形成行星。

GUSTO的独特之处在于它能够检查这个过程的第一部分，“首先了解这些云是如何形成的”，亚利桑那大学GUSTO的首席研究员ChrisWalker说。GUSTO是NASA、亚利桑那大学、约翰·霍普金斯应用物理实验室(APL)和荷兰空间研究所(SRON)之间的合作项目;以及麻省理工学院、喷气推进实验室、史密森天体物理观测站等。

最终，当大质量恒星死亡并爆炸成超新星时，巨大的冲击波会穿过分子云，进而导致更多恒星诞生，或者干脆摧毁分子云。GUSTO还可以观察分子云的最后阶段。

GUSTO的功能就像一个宇宙收音机，可以“监听”特定的宇宙成分。这是因为它感知原子和分子传输的高频信号。GUSTO中的“T”代表“太赫兹”——大约比手机工作频率高一千倍。

“我们基本上拥有自己构建的无线电系统，我们可以转动旋钮并调谐到这些线路的频率，”沃克说。“如果我们听到什么声音，我们就知道就是它们。我们知道就是那些原子和分子。”

当望远镜在天空中移动时，科学家将用它来绘制每个位置特定原子和分子信号的强度和速度。“然后我们可以返回并连接这些点并创建一个看起来像发射照片的图像，”沃克说。

地球上的望远镜无法对碳、氮和氧进行此类观测，因为大气中的水蒸气会吸收相关原子和分子的光，从而干扰测量。在距地面约120,000英尺的气球上，GUSTO将飞过大部分水蒸气。“对于我们所做的科学类型来说，它就像在太空中一样好，”沃克说。

GUSTO望远镜还将揭示大麦哲伦星云(LMC)(银河系附近的矮星系)的3D结构。LMC类似于美国宇航局詹姆斯·韦伯太空望远镜正在探索的一些早期宇宙星系。但由于LMC比遥远的早期星系要近得多，科学家们可以使用GUSTO对其进行更详细的检查。

沃克解释说：“通过研究大麦哲伦星系并将其与银河系进行比较，我们将能够了解星系从早期宇宙到现在是如何演化的。”

GUSTO预计将在一个3900万立方英尺的零压气球上飞行至少55天，这种气球可以在南半球夏季长时间在南极洲上空高空飞行，其直径相当于一个足球场它漂浮着。

南极洲为GUSTO提供了理想的发射地点。在南半球的夏季，该大陆可以获得持续的阳光，因此科学气球在那里可以特别稳定。此外，南极周围的大气层会产生冷旋转空气，从而产生一种称为反气旋的现象，使气球能够不受干扰地绕圈飞行。

美国宇航局弗吉尼亚州瓦洛普斯飞行设施气球项目办公室主任安德鲁·汉密尔顿说：“任务将一次绕南极飞行数天或数周，这对科学界来说非常有价值。”“他们观察的时间越长，他们就能获得越多的科学知识。

GUSTO是NASA探索者计划中的第一个气球实验。它与该计划的星载卫星具有相同的科学影响力，例如TESS(凌日系外行星勘测卫星)和IXPE(成像X射线偏振测量探测器)。

“通过GUSTO，我们确实在努力开拓创新，”APLGUSTO项目经理KieranHegarty说道。“我们想证明气球研究确实能带来令人信服的科学成果。”

来自亚利桑那大学和APL的总共12名任务团队成员正在南极洲现场进行GUSTO发射前的最后检查。

附近有海豹和企鹅，沃克和同事正在努力准备这项实验，以实现天空中的终极冒险。对于沃克来说，GUSTO代表了大约30年的努力，是地球望远镜和其他气球努力的许多实验的成果。

他说：“我们都感到非常幸运和荣幸能够完成这样的任务——有机会组装世界上有史以来最先进的太赫兹仪器，然后将它拖到半个地球，然后发射它。”“这是一个挑战，但我们为能够做到这一点感到荣幸和谦卑。”