飞向恒星：NASA INFUSE 探测器探寻炙热超新星的秘密

这幅由美国宇航局哈勃太空望远镜拍摄的图像显示了面纱星云或天鹅座环状星云的一部分。为了生成这张色彩斑斓的图像，哈勃的宽视场照相机 3 仪器使用了五种不同的滤光片进行了观测。新的后期处理方法进一步增强了双电离氧（此处显示为蓝色）、电离氢和电离氮（此处显示为红色）的发射细节。图片来源：欧空局/哈勃和美国国家航空航天局，Z. Levay

天鹅座环线： 天体现象

每年有几个月的时间，天鹅座（拉丁语，意为"天鹅"）会在北半球的夜空中盘旋。就在它的翅膀上方，有一个后院天文学家和专业科学家都喜欢的目标：天鹅座环状星云，也被称为面纱星云。

这张图片展示了夜空中的天鹅座（拉丁语中意为"天鹅"）。天鹅座环状超新星遗迹，也被称为面纱星云，位于天鹅的一个翅膀附近，这里用一个矩形框勾勒出来。 资料来源：美国宇航局

天鹅座环状星云是一颗恒星的残余物，这颗恒星的大小曾经是太阳的 20 倍。大约两万年前，这颗恒星在自身引力的作用下坍塌，爆发成一颗超新星。据天文学家估计，即使在 2600 光年之外，闪光的亮度也足以在白天从地球上看到。

超新星：银河建筑师

超新星是伟大生命周期的一部分。它们将恒星内核中形成的重金属喷射到周围的尘埃和气体云中。它们是宇宙中所有比铁重的化学元素的来源，包括构成我们身体的元素。来自超新星的气体和尘埃逐渐聚集在一起，形成行星、恒星和新的恒星系统。

科罗拉多大学博尔德分校的研究教授、INFUSE 任务的首席研究员布赖恩-弗莱明（Brian Fleming）说："像产生天鹅座环这样的超新星对星系的形成有着巨大的影响。"

了解超新星动力学

天鹅座环带提供了一个罕见的观察超新星爆炸的机会。这个巨大的云团直径已经超过120光年，如今仍在以每小时约93万英里（约每小时150万公里）的速度膨胀。望远镜从天鹅座环带捕捉到的并不是超新星爆炸本身。相反，我们看到的是被冲击锋过热的尘埃和气体，它们在冷却后会发光。弗莱明说："INFUSE将通过捕捉冲击波撞击漂浮在银河系周围的冷气体袋时发出的光，观测超新星是如何向银河系倾泻能量的。"

创新仪器： INFUSE

为了看到冲击波的边缘，弗莱明和他的团队开发了一种测量远紫外光的望远镜--这种光能量太高，我们的眼睛无法看到。这种光揭示了温度在 9 万到 54 万华氏度（约 5 万到 30 万摄氏度）之间的气体，它们在撞击后仍在咝咝作响。

INFUSE 是一个整体场光谱仪，是第一台飞往太空的同类仪器。该仪器结合了两种光研究方法的优势：成像和光谱学。一般的天文望远镜都有照相机，它们擅长拍摄图像--显示光线的来源，忠实地揭示光线的空间分布。但望远镜并不能将光分成不同的波长或"颜色"--相反，所有不同波长的光都会在生成的图像中相互重叠。

另一方面，分光镜将一束光分成不同的波长或光谱，就像棱镜将光分成彩虹一样。这一过程可以揭示光源的成分、温度和移动方式等各种信息。但是，光谱仪一次只能观察到一束光。这就像通过一个狭窄的钥匙孔观察夜空。

博士生艾米丽-威特（Emily Witt）在将精致的图像切片机（INFUSE 的核心光学技术）集成到有效载荷之前，将其安装到 CU-LASP 无尘室的支架上。图片来源：CU Boulder LASP/Brian Fleming

INFUSE 仪器捕捉图像，然后将其"切片"，将切片排成一个巨大的"钥匙孔"。然后，光谱仪可以将每个切片分散成光谱。这些数据可以重新组合成三维图像，科学家称之为"数据立方体"--就像一叠图像，每一层都显示了特定波长的光。

影响和未来展望

利用 INFUSE 的数据，弗莱明和他的团队不仅能识别特定元素及其温度，还能看到这些不同元素在冲击前沿的位置。

同样就读于科罗拉多大学博尔德分校的首席研究生艾米莉-威特（Emily Witt）说："这是一个非常令人兴奋的项目，我们将参与其中。通过这些首创的测量，我们将更好地了解这些来自超新星的元素是如何与周围环境混合的。这是朝着了解来自超新星的物质如何成为像地球这样的行星甚至像我们这样的人类的一部分迈出的一大步。"

为了进入太空，INFUSE有效载荷将搭载一枚探空火箭。这些灵活、无船员的火箭发射到太空中进行几分钟的数据收集，然后再落回地面。INFUSE 有效载荷将搭载一枚两级 Black Brant 9 探空火箭，目标飞行高度最高约为 150 英里（240 公里），它将在那里进行观测，然后跳伞返回地面进行回收。研究小组希望对仪器进行升级，然后再次发射。事实上，INFUSE 火箭的部分部件本身就是从 2022 年从澳大利亚发射的 DEUCE 任务中重新利用的。