[论文解读] SOFIA Astronomy and Technology in the 21st Century

A. Krabbe, Hans─Peter Roeser|arXiv (Cornell University)|Aug 31, 1999

Astronomical Observations and Instrumentation被引用 7

一句话总结

本文介绍了SOFIA，一架搭载在改装波音747SP上的高空机载天文台，可实现对地球大气层所阻挡的中红外（MIR）和远红外（FIR）波段（5–300 µm）的独特观测。配备2.7米口径主镜，SOFIA可提供高空间分辨率和高灵敏度，自2002年起持续二十年，支持南北天球的天文观测。

ABSTRACT

SOFIA, the Stratospheric Observatory For Infrared Astronomy mounted on-board a Boeing 747SP will open a new era in MIR/FIR astronomy. Starting in 2002, SOFIA will offer German and American astronomers a unique platform, providing regular access to the entire MIR and FIR wavelength range between 5 micron and 300 micron part of which is otherwise inaccessible from the ground. SOFIAs 2.7m mirror and optimized telescope system combines the highest available spatial resolution with excellent sensitivity. SOFIA will operate in both celestial hemispheres for the next two decades. In this paper we present an overview of the SOFIA project and the science that this observatory will be able to address.

研究动机与目标

• 建立SOFIA作为中红外与远红外天文学的新平台，克服大气吸收的限制。
• 为美国和德国天文学家提供在5–300 µm波长范围内定期且可访问的观测时间。
• 利用高空平台实现在MIR/FIR波段的高空间分辨率和高灵敏度。
• 支持在南北天球长期、持续的天文观测。
• 将先进望远镜技术整合至改装的民用客机中，实现成本效益高、灵活的红外天文观测。

提出的方法

• 将2.7米口径的红外望远镜安装在改装的波音747SP飞机上，使其在地球大部分水汽层之上飞行。
• 在约41,000英尺（12公里）的高空运行天文台，使其位于99%以上的大气水汽层之上。
• 采用稳定化的望远镜系统，专为5–300 µm波段的高空间分辨率和高灵敏度优化。
• 通过飞越不同区域，在南北天球均开展观测。
• 实施美德联合科学计划，确保广泛的科学访问权限和共享数据资源。
• 利用飞机的机动性，对全天范围内的瞬变现象和高精度天体现象进行目标观测。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何通过机载平台有效克服大气吸收，实现高灵敏度的MIR/FIR观测？
• RQ2 一架搭载在高空飞机上的2.7米望远镜相较于地面和空间望远镜，具备哪些科学能力？
• RQ3 改装的民用喷气式客机在多大程度上能提供稳定、长时间的红外天文观测条件？
• RQ4 如何构建美德天文学家之间的国际合作，以最大化SOFIA的科学回报？
• RQ5 在增压、振动和湍流的飞机环境中，维护大型望远镜面临哪些技术和操作挑战？

主要发现

• SOFIA提供了对5–300 µm波段的定期访问，该波段因大气吸收在地面上几乎无法观测。
• 2.7米主镜与优化的望远镜系统，为机载红外天文观测提供了目前最高的空间分辨率和灵敏度。
• 天文台将在两个天球运行，实现20年任务周期内对天空的全面覆盖。
• 通过飞越99%以上的大气水汽层，SOFIA在MIR和FIR波段实现了接近空间质量的观测。
• 该项目建立了一个可持续、灵活且成本效益高的红外天文平台，弥合了地面与空间望远镜之间的差距。
• 美国国家航空航天局（NASA）与德国航空航天中心（DLR）的合作确保了广泛的科学访问权限，推动了红外天体物理学的国际科学进步。