美国国家航空航天局的GUSTO准备绘制星际空间图

2023年12月6日，在南极洲美国国家科学基金会麦克默多站附近罗斯冰架上的长期气球设施进行望远镜瞄准测试时，GUSTO望远镜挂在机库起重机上。任务专家正在校准用于确定望远镜指向的恒星相机。图像：鸣谢:uux.cn/José Silva代表GUSTO团队

（神秘的地球uux.cn）据美国国家航空航天局科学编辑团队：在南极洲的一大片冰原上，科学家和工程师们正在准备一项名为GUSTO的美国国家航空航天局实验，在气球上探索宇宙。GUSTO将在12月21日之前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。

GUSTO代表银河/河外ULDB光谱太赫兹天文台，它将窥视恒星之间被称为星际介质的空间。气球携带的望远镜将帮助科学家用极高频率的无线电波制作银河系大部分区域的3D地图。GUSTO将检查一个100平方度的区域，探索星际介质的许多阶段以及银河系中主要化学元素的丰度。

通过研究LMC并将其与银河系进行比较，我们将能够了解星系是如何从早期宇宙演化到现在的。

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，这些恒星本身就很有趣，但它们之间的空间拥有大量关于恒星和行星如何诞生的线索。

星际介质是扩散的冷气体和尘埃积聚成巨大的宇宙结构，称为分子云的地方，在适当的条件下，分子云可以坍缩形成新的恒星。从年轻恒星周围旋转的物质盘，行星可以形成。

“古斯特”在研究这一过程的第一部分的能力方面是独一无二的，“首先要理解这些云是如何形成的，”亚利桑那大学“古斯特”的首席研究员克里斯·沃克说。GUSTO是美国国家航空航天局大学、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)的合作项目；以及麻省理工学院，JPL，史密森天体物理天文台，和其他。

2023年11月9日，当哥伦比亚科学气球设施的人员帮助阵风团队将天文台从水平位置翻转到垂直位置时，可以看到阵风望远镜。这张照片是在南极洲美国国家科学基金会麦克默多站附近的罗斯冰架上的长期气球设施拍摄的。鸣谢:uux.cn/José Silva代表GUSTO团队

最终，当大质量恒星死亡并爆炸成为超新星时，大质量冲击波会在分子云中波动，这反过来会导致更多恒星诞生，或者干脆摧毁分子云。古斯特也可以观察分子云的末期。

GUSTO的功能就像一台宇宙收音机，装备来“倾听”特定的宇宙成分。这是因为它能感应到原子和分子传输的高频信号。GUSTO中的“T”代表“太赫”——比手机工作频率高出约1000倍。

“我们基本上有我们建造的这个无线电系统，我们可以转动旋钮，调谐到这些线路的频率，”沃克说。“如果我们听到什么，我们知道是他们。我们知道是那些原子和分子。”

随着望远镜在天空中移动，科学家们将利用它来绘制每个位置特定原子和分子的信号强度和速度。“然后我们可以回去把这些点连接起来，创建一个看起来像是发射的照片的图像，”沃克说。

由于大气中的水蒸气吸收了来自相关原子和分子的光，干扰了测量，所以从地球上的望远镜无法对碳、氮和氧进行这样的观测。在离地面约120，000英尺高的气球上，GUSTO将在大部分水蒸气上方飞行。“对于我们所做的科学类型来说，这就像在太空一样好，”沃克说。

GUSTO望远镜还将揭示大麦哲伦星云(或称LMC，我们银河系附近的一个矮星系)的三维结构。LMC类似于美国国家航空航天局的詹姆斯·韦伯太空望远镜正在探索的早期宇宙中的一些星系。但是由于LMC比遥远的早期星系近得多，科学家们可以兴致勃勃地更详细地研究它。

“通过研究LMC并将其与银河系进行比较，我们将能够了解星系如何从早期宇宙演化到现在，”沃克解释道。

GUSTO预计将乘坐一个3900万立方英尺的零压力气球飞行至少55天，这种气球可以在南极的夏天长时间高空飞行，漂浮时的直径有一个足球场那么大。

2023年11月9日，GUSTO团队成员José Silva，荷兰空间研究所(SRON)的博士后研究员，站在罗斯冰架上的长期气球设施标志旁边，距离美国国家科学基金会在南极洲的麦克默多站8英里。鸣谢:uux.cn/Geoffrey Palo代表GUSTO团队

南极洲为GUSTO提供了一个理想的发射地点。在南半球的夏天，这片大陆可以获得持续的阳光，因此科学气球在那里会格外稳定。此外，南极周围的大气层会产生寒冷的旋转空气——产生一种称为反气旋的现象，这种现象使气球能够不受干扰地绕圈飞行。

弗吉尼亚州沃洛普斯飞行设施的美国国家航空航天局气球项目办公室主任安德鲁·汉密尔顿说:“这些任务每次将绕南极飞行几天或几周，这对科学界来说真的很有价值。”“他们观察的时间越长，获得的科学知识就越多。

GUSTO是美国国家航空航天局探索者计划中的第一个气球搭载实验。它与该计划的星载卫星具有相同的科学影响力，如TESS(过境系外行星调查卫星)和IXPE(成像X射线偏振探测器)。

APL的GUSTO项目经理基兰·赫加蒂说:“我们真的很想开拓创新。"我们想证明气球调查确实会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进行GUSTO发射前的最后检查。

海豹和企鹅就在附近，沃克和他的同事们正在努力工作，为这次天空中的终极冒险做准备。对沃克来说,“兴致”代表了他30年的努力，是从地面望远镜和其他气球实验中获得的成果。

“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，然后拖着它绕半个世界，然后发射它，”他说。“这是一个挑战，但我们感到荣幸和谦卑，能够做到这一点。”

2017年3月，美国国家航空航天局天体物理学分部选择了机遇GUSTO(银河/河外ULDB光谱太赫兹天文台)的探测器任务，以测量星际介质的排放，帮助科学家通过测量我们银河系和大麦哲伦云的一个大区域来确定星际气体的生命周期。GUSTO任务由图森亚利桑那大学的首席研究员Christopher Walker领导。该团队还包括位于马里兰州劳雷尔的约翰霍普金斯大学应用物理实验室，该实验室提供了安装仪器的气球平台，称为吊篮，以及GUSTO项目管理。亚利桑那大学提供了GUSTO望远镜和焦平面仪器，该仪器结合了来自加利福尼亚州帕萨迪纳美国国家航空航天局喷气推进实验室、剑桥麻省理工学院、坦佩亚利桑那州立大学和SRON荷兰空间研究所的探测器技术。