NASA 9 月 23 日宣佈,遠紅外太空望遠鏡 PRIMA(PRobe far-Infrared Mission for Astrophysics,天體物理遠紅外探測任務)進入 B 階段——初步設計與技術研發階段。這是 NASA 全新"探測者級"(Probe Explorers)任務類別的首個成員,項目經費上限 12 億美元,目標 2033 年發射,設計壽命五年。
PRIMA 由 NASA 噴氣推進實驗室(JPL)牽頭管理,戈達德航天中心和馬歇爾航天中心參與。這筆 12 億美元是"項目成本"上限,不含發射費用。按計劃,它將在 2033 年升空,在日地 L2 點工作五年——恰好接上 2026 年發射的南希·格雷斯·羅曼太空望遠鏡,保持 NASA 大型天文臺"一棒接一棒"的節奏。
"探測者級"定位在百億美元級的旗艦任務(韋布、羅曼)與小型探索者任務之間,Ars Technica 評價說,NASA 這次想"以創紀錄的速度造一臺十億美元級的太空望遠鏡"。
NASA 科學任務局副局長尼基·福克斯說:"PRIMA 任務是人類通往深空的下一扇窗口。它將揭開宇宙時間長河中的隱祕,幫助我們理解行星、恆星、黑洞的形成,甚至地球上的水從何而來。"
科學目標很具體:系外行星的起源、星系與其黑洞在宇宙歷史中的共同演化、塵埃和重元素如何在宇宙中逐漸累積——說到底,是回答"宇宙爲什麼長成今天這個樣子"。
PRIMA 的 1.8 米(5.9 英尺)主鏡專攻遠紅外波段(24 至 261 微米)——這正是韋布望遠鏡基本跳過、地面射電望遠鏡又夠不着的一段電磁波譜。遠紅外光來自宇宙中最冷、塵埃最厚的地方:恆星誕生的塵埃雲、星系深處的隱匿黑洞。
上一臺能看這個波段的空間望遠鏡是歐洲的赫歇爾,已在 2013 年因液氦耗盡退役。十多年來,遠紅外一直是空間天文的"盲區",PRIMA 要把它補上,與韋布、智利的 ALMA 射電陣列形成互補。
看遠紅外最大的敵人是熱量——望遠鏡自身的熱輻射會淹沒信號。PRIMA 的全鋁鏡面將用閉式氦-3 製冷機主動冷卻到 4.5 開爾文(約零下 269 攝氏度),不需要攜帶液氦。赫歇爾的壽命就卡在液氦上,只工作了約四年;PRIMA 沒有這個"倒計時",五年設計壽命不受製冷劑限制。
探測器是另一項關鍵技術:荷蘭工程師研製的動態電感探測器(KID),靈敏度只受量子背景噪聲限制。據 JPL 稱,它做光譜巡天的速度比以往任何遠紅外儀器快 3 到 5 倍。
這是個國際項目,七個航天機構參與:法國 CNES、意大利 ASI、德國 DLR、加拿大 CSA、韓國 KASI/KASA、日本 JAXA、英國 UKSA。加州理工學院及其 IPAC 中心、約翰斯·霍普金斯大學(3 名團隊成員)、倫敦帝國理工學院等研究機構也深度參與。
進入 B 階段不等於萬事大吉。PRIMA 還要通過一次"確認審查",NASA 將根據技術、項目管理和成本表現,決定它是否有資格進入 C 階段(正式實施)。只有過關,12 億美元的經費上限和 2033 年的發射目標纔算真正鎖定。對一臺要服役到 2038 年的望遠鏡來說,這只是萬里長征的第一步。