估计不少人还记得2021年圣诞刚过的那场直播,NASA花了100亿美元(差不多150亿澳元)打造的詹姆斯·韦伯太空望远镜,搭乘火箭从法属圭亚那升空的画面。
说是人类工业皇冠上的明珠都不为过,而且一路要闯344个潜在故障点,任何一个出问题,百亿投资就得打水漂。
好在发射和后续部署异常顺利,六个月后传回首批图像,那些130多亿光年外的星系看得清清楚楚,全网都在刷“宇宙级浪漫”,但很少有人知道,那会儿澳洲的一个科研团队,才刚迎来真正的硬仗。
要讲明白这事儿,得先提韦伯的“前辈”哈勃望远镜,1990年哈勃上天时,大伙儿本以为能揭开宇宙奥秘,结果发现它“视力”不行——主镜磨偏了几微米,拍出来的东西全是模糊的。
不过哈勃运气好,只在距离地球590公里的轨道绕圈,1993年NASA派了7名宇航员乘“奋进号”上去,跟给人配眼镜似的,装了副补偿镜片,总算把“视力”矫正过来了。
可韦伯不一样,它待在日地拉格朗日L2点,离地球足足150万公里,是哈勃轨道距离的两千多倍,根本没法派人上门维修。
当初设计时就明确了,出任何问题都得靠“远程治疗”,不能换硬件,这时候就得靠澳洲天文学家彼得·图希尔设计的宝贝——孔径掩模干涉仪(AMI)。
这玩意儿是韦伯上唯一的澳大利亚硬件,说白了就是个嵌在相机里的微型金属板,上面全是精心设计的小孔。
别小看这板子,它相当于韦伯的“视力检测仪”,能把望远镜的光学缺陷放大了给人看。
韦伯的主镜是18块六边形镜片拼起来的,每块都得调到纳米级精度,比头发丝细一万倍,哪怕有一丁点儿歪,拍暗弱天体时就会模糊。
而AMI的小孔能过滤光线,让这些细微的偏差无所遁形,就像验光师用的视力表,一测就知道问题在哪儿。
澳洲团队本来想用AMI观测行星诞生的星云,还有黑洞吞食物质的场面,这些都是天文学的硬骨头,对分辨率要求高得吓人。
可刚开始测试就发现不对劲:在最高分辨率下,图像总有点发虚,像是蒙了层薄纱。
仔细一查才明白,是红外相机的电子效应在捣乱——明亮的像素会“偷偷”把信号漏给旁边的暗像素。
这不是质量问题,就像老式电视机屏幕会串色一样,是红外探测器的固有毛病,可没想到在韦伯身上这么严重。
对天文学家来说,这事儿简直是致命的,他们要找的系外行星,亮度往往只有宿主恒星的万分之一,本来信号就弱得像黑夜里的萤火虫,再被旁边的亮像素“抢”走一部分,根本没法分辨。
团队很快算出,这毛病让韦伯的成像极限比理论差了十倍以上,等于给这台顶级望远镜戴了副度数不对的眼镜,再好的镜头也白搭。
既然没法去太空换相机,那就只能在数据上想办法,悉尼大学的博士生路易斯·德斯多伊格牵头,带着团队搞起了“数字验光”。
他们先建了个计算机模型,把AMI的光学特性摸得透透的,小到镜面形状、孔径大小,大到恒星的颜色,都能模拟出来,就像在电脑里造了个虚拟的韦伯望远镜。
然后又搭了个机器学习模型,不纠结于“为什么漏信号”,一门心思研究“怎么把漏走的信号找回来”,硬生生拼出了一套“有效探测器模型”。
他们拿已知的恒星数据喂给这个模型,让它反复学习:理想状态下恒星该是什么样,实际拍出来的模糊图像又是什么样,两者之间怎么修正才能对上。
就像让AI反复看“标准视力表”,直到它能精准找出矫正偏差的“处方”。
等模型训练成熟,奇迹真的发生了——把之前模糊的观测数据丢进去,出来的图像一下子清晰了,AMI总算发挥出了它该有的性能。
整个过程没碰韦伯一根手指头,全靠地球这边的代码“远程调参”。
效果好得超出预期,在恒星HD206893的系统里,有颗特别暗的行星,还有一颗已知最暗的棕矮星,之前韦伯拍出来就像一团模糊的光斑,根本分不清是天体还是噪声。
用新算法处理后,这两个小光点清清楚楚地显现在图谱上,位置和亮度都能精确测量。
更绝的是,另一篇由博士生马克斯·查尔斯主导的论文显示,这技术不光能看点状的行星,复杂天体也能搞定。
他们用校正后的AMI观测木卫一,一小时的延时影像里,卫星表面的火山活动轨迹看得明明白白,那几个亮斑的位置和天文学家预测的一模一样,还能跟着木卫一的自转移动。
就连遥远星系里的黑洞喷流也逃不过它的“眼睛”,NGC1068星系中心的黑洞喷流,以前韦伯拍出来模模糊糊的,校正后和地面大型望远镜的图像能完美对上,细节丝毫不差。
还有WR137双星系统周围的尘埃带,这个被称为“阿佩普系统暗淡表亲”的天体结构,以前只能靠理论推测形状,现在AMI拍出来的影像和预测完全吻合,等于给天文学理论做了次实证。
这事儿的意义远不止修好了韦伯的“视力”,未来的南希·格雷斯·罗曼太空望远镜,对校准精度的要求已经到了纳米以下,这根本不是现有材料能满足的。
澳洲团队的算法等于开了条新思路:既然硬件做不到绝对完美,那就用软件来补,只要能精确测量偏差,再通过代码修正,照样能达到理想效果。
这就像给未来的望远镜装了个“数字视网膜”,哪怕镜头有点瑕疵,也能靠算法调出完美视力。
现在再想起2021年那个圣诞夜,看着火箭带着韦伯冲向太空的画面,当时只觉得震撼,没想到这台飘在150万公里外的“金眼睛”,会在几年后靠地球这边的代码重获新生。
它那18块镀金的六边形主镜,每天安静地对着宇宙深处,捕捉着130多亿年前的星光。
那些光里藏着星系的诞生、黑洞的秘密,还有可能藏着和地球一样的蓝色星球——毕竟宇宙这么大,总不能只有我们孤零零地追问“有没有外星人”。
澳洲团队的论文发在了arXiv上,没有轰轰烈烈的发布会,就像一群默默给巨人调眼镜的工匠。
但正是这些藏在代码里的智慧,让韦伯能看得更远更清,说不定下一张传回来的照片里,就有那颗我们找了很久的“另一个地球”,而这一切的起点,只是一群科学家不想让百亿投资的望远镜“看不清楚”的坚持。
人类探索宇宙的路,从来都是这样,靠硬件铺路,用软件点睛,一步步把星辰大海拉到眼前。
更新时间:2025-10-22
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