NASA选择PRIMA望远镜，研究隐藏的远红外宇宙

NASA已选定一台新的太空望远镜，旨在观测远红外光下的宇宙。这一波长范围是现有天文台无法有效观测的。这个名为PRIMA的10亿美元任务将由NASA喷气推进实验室开发和运营，该实验室由加州理工学院管理。

“天体物理学探测器远红外任务”（Probe far-Infrared Mission for Astrophysics）的简称为PRIMA，它将研究可见光望远镜无法观测到的天体和过程。加州理工学院的IPAC将负责运行该任务的科学中心，接收和处理观测数据、保存由此产生的数据，并协调天文学家对天文台的使用。

PRIMA旨在回答有关星系和超大质量黑洞如何形成、恒星和行星系统如何诞生，以及行星大气如何获得其成分等问题。科学家还将利用它研究尘埃和更重元素在整个宇宙中的起源。

更冷、更清晰的观测

望远镜及其探测器将被冷却至零下数百度。降低温度旨在抑制与热量有关的干扰，这些干扰可能使来自遥远宇宙源的微弱信号变得模糊不清，或将其完全淹没。

NASA表示，这一设计应使PRIMA的灵敏度远高于此前的远红外任务，同时还能生成异常清晰的图像。该天文台将覆盖24至235微米的波长范围。较短的一端约为人类头发厚度的三分之一；最长的波长大致相当于两张纸叠在一起的厚度。

一台口径1.8米、采用低温冷却的望远镜将为两台主要仪器提供光线。PRIMAger将利用成像偏振测量技术巡天观测大范围天空，而FIRESS将提供高分辨率、多模式光谱学观测。这两台仪器将使研究人员能够同时研究遥远天体的位置，以及其光线中包含的物理和化学信息。

该任务的目标包括恒星和行星系统的诞生、星系在宇宙历史中的性质变化、系外行星大气，以及我们太阳系内的天体。NASA副局长尼基·福克斯将PRIMA描述为一种研究行星、恒星和黑洞形成过程，以及地球水的历史的新方式。

一种新的任务类别

PRIMA将成为NASA首个探测器级天体物理学任务。这一类别由以加州理工学院物理学家菲奥娜·哈里森为首的《Astro 2020十年调查》提出。探测器级任务旨在填补规模较小的探索者任务（如SPHEREx）与大型旗舰天文台（包括南希·格雷斯·罗曼太空望远镜）之间的空白。

JPL将负责监督任务架构和系统工程，并将航天器与其科学有效载荷集成起来。加州理工学院和JPL一直参与PRIMA的概念及技术开发，依托双方数十年来在红外天文学领域的工作。

该天文台将使用超导微波动力学电感探测器，也称为MKID或KID。加州理工学院物理学家乔纳斯·兹穆伊德齐纳斯和JPL工程师里克·勒迪克于1999年开发了这项技术。据加州理工学院介绍，利用超导材料探测远红外辐射的早期工作，最初是在加州理工学院附近一家咖啡店非正式开展的。

这些探测器于2007年在如今已经关闭的夏威夷加州理工学院亚毫米波天文台接受测试，后来又搭载于地面和气球仪器上升空。在过去五年中，加州理工学院、JPL以及JPL微器件实验室的研究人员一直致力于提高这些阵列的灵敏度，并使其足够坚固，能够承受太空飞行。原型阵列目前已展示出PRIMA所需的技术成熟度。

兹穆伊德齐纳斯表示，这项技术漫长的研发过程，为在一个相对缺乏探索的光谱区域大幅提高灵敏度创造了机会。加州理工学院表示，预计灵敏度可能提高约一千倍。

面向更广泛天文学界的数据

IPAC将支持任务规划、观测排程、校准和数据处理。望远镜的观测结果将存储在红外科学档案馆中，该档案馆目前已保存来自20多个NASA任务的数据。

该中心将借鉴包括NASA斯皮策太空望远镜在内的多个任务的经验。斯皮策太空望远镜于2003年至2020年运行；此外还包括NASA的SPHEREx和欧洲航天局的赫歇尔天文台。IPAC还曾支持地面天文台，并积累了相关专业经验，这些经验将用于PRIMA的运行。

天文台全面运行后，预计约75%的观测时间将通过面向更广泛科学界的同行评审提案进行分配。已有400多名天文学家提交了近200项PRIMA数据的拟议用途。

其中一个研究方向是研究星系中的分子外流。这些物质流可能伴随恒星快速形成时期或星系中央黑洞的活动，并可能影响星系的成长。赫歇尔曾在数量有限的邻近星系中观测到这类外流；PRIMA旨在将此类研究扩展到范围广泛得多的宇宙历史时期。