架在波音飞机上的高空望远镜最新发现有光照的月表也有水

　　美东时间10月26日NASA宣布：利用一架波音改装的全球最大高空望远镜——同温层红外天文台（SOFIA）最新观测到，位于月球南极地带的克拉维斯环形山存在水分子。
　　尽管探测含水量大约只有撒哈拉沙漠1/100，但这是首次在有阳光照射的月表发现水。以往发现/推测月球水资源，都是在地下或者终年不见阳光的极寒地带。
　　正如NASA总部天体物理学主任保罗·赫兹声称：「这是令人兴奋的发现，因为按照我们的预期，凡是月球表面有阳光照射的地方都无法存在水。这一发现表明，水可能分布在整个月球表面，而不局限于月球两极附近寒冷、阴影笼罩的地区。」
　　这似乎意味着月球水资源可能更容易获取，为未来人类建立月球基地增添一些动力。
　　我们知道，NASA主导的重返月球计划目标：2024年首批两名宇航员前往南极地区，之后每年都会派遣登月宇航员，逐步建立常驻基地。
　　嫦娥六号也计划2024年发射，同样飞抵水资源和矿产资源丰富的南极地区，执行机器人采样返回任务。后续任务也会将月球南极作为重点探测区域，为2030年代中国载人登月、建立长期月球基地作准备。
　　这次大发现的意义就在于，为人类登月增添不少信心和动力。未来，登月宇航员在有阳光照射的月表开采水冰资源，远比在极寒背光地带开采要容易得多。通过分解水系统生成氢氧，作为氢氧发动机燃料，氧气提供宇航员呼吸，同时提取液态水作为宇航员饮用水，从而为人类常驻月球、建立基地提供不可或缺的持久资源。
　　下面我们再来了解下这次发现神器：架在波音747上的「全世界最牛的高空望远镜」——
　　一提到天文望远镜，你马上就会想到：各种地面望远镜，太空望远镜。
　　但听说过高空望远镜吗？架在三手波音747上的？
　　这就是全球最大最著名的高空望远镜——索菲亚（SOFIA）。
　　问题来了，为啥这架高大上的高空望远镜，起个女性化的名字？
　　其实，索菲亚（SOFIA）全名Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy，直译为「同温层红外线天文台」，这就意味着：飞机要飞到同温层去观测宇宙。
　　为啥要飞到同温层？
　　先说说什么是「同温层」，也叫平流层。
　　这是地球大气层自下而上的第二层，海拔高度从8／16公里～50公里这一区间。
　　在对流层之上，特点是相对平静的大气层，这一层的上半部分就是著名的臭氧层，能够吸收大量紫外线，是地球生命的保护伞。
　　让索菲亚飞到同温层观测，关键基于两点：
　　①平流层下面的对流层，含有地球大气层几乎所有的水蒸气，而这些水蒸气能够阻挡来自太空99%的红外光，所以地面天文望远镜大都没法精确捕捉红外光。
　　②尽管像斯皮策、哈勃这类太空望远镜，也能够观测红外光波段，但因为任务繁忙、造价昂贵，无法全频段观测红外光波段，而采用索菲亚这种高空望远镜，则要灵活、方便、廉价得多。
　　所以，美国宇航局花了大力气设计建造出这款索菲亚，从规划、设计、制造、改装，历时13年，造出这架最大最牛的高空望远镜——索菲亚。
　　当然，索菲亚并不是美国第一架高空望远镜。
　　早在1965年，NASA就采用康维尔990改装飞机，首次进行了高空望远镜红外光波段的观测。
　　再说说三手飞机的事儿。
　　为了降低成本，NASA使用的是二手飞机，1997年从美国联合航空公司买下这架波音747SP宽体飞机时，已经足足飞了20年，这期间还倒过一手，所以被戏称为【三手飞机】。
　　不过呢，飞机安全、能用就好。
　　设计能力必须达到：能够装下直径2.5米的望远镜，10人一组的实时观测团队和装备，飞上12公里以上的平流层，每年飞行100个航班。
　　最关键的技术环节，就在高空望远镜：第一主镜必须好，第二稳定性必须好。
　　①主镜制造加工，先后在法、德两国完成。
　　镜片采用微晶玻璃特制，几乎不会膨胀。光是抛光打磨就用了两年时间，光学镜面达到8.5纳米的精度，1纳米有一根头发丝的8万分之一。从1999年开始制造，直到2004进行第一次地面测试，整整用了5年。
　　②高空望远镜另一个关键技术，在于稳定性。
　　就算主镜研制技术再高精尖，只要飞机一抖，望远镜一颤，全都白费。
　　为此，研发人员专门研制了一个球形轴承，把高精尖的望远镜妥妥装置在这个稳定器上，设计标准需要达到——就像在地面一座10米高的水泥台上，那种天文望远镜一样稳定！
　　这得花费多少刀呢？
　　直到2007年4月26日，索菲亚实现首次试飞，整个项目预算从原来的1.85亿，猛增到3.3亿美元。
　　当然，NASA不是一家买单，还有多家分摊：比如德国航空航天中心DLR、高校空间研究协会URSA等。
　　花掉这么多经费，索菲亚物有所值？
　　前面说了，索菲亚作为高空望远镜，最大特点就是全频段观测红外光。
　　它能够穿透星际气体和尘埃，观测恒星与行星的形成，寻找太空生物迹象，探索宇宙有机物的演变，甚至观测黑洞的运转机制。
　　从2007年首飞一直到现在，索菲亚干出什么名堂没？
　　当然有啦。
　　2016年初，索菲亚率先发现火星大气层里有氧原子。
　　2017年初，利用中红外线光谱对谷神星观测，帮助NASA确定了小行星表面存在行星尘埃。
　　2017年6月，NASA发布一项研究成果：超大质量黑洞周围的尘埃环，体积要比科学家预想的少30%，但是更致密更紧凑。
　　——这都是索菲亚的功劳。
　　背后的苦劳，每年要飞100个航班，一个航班10人一组。
　　要知道作为高空望远镜飞了11年，身为波音飞机足足飞了41年（1977～2018）。
　　还有一项重要功能就是科普教育。
　　按照我们国产说法，索菲亚可是实实在在的「青少年科普教育示范基地」，每年都会欣然接待——青少年天文爱好者、天文教育工作者、天文馆和科学馆工作者等人士的实际观测和体验。
　　要知道，索菲亚的身份可是全世界最大最尖端的高空望远镜，要是在某些国，恐怕只能是远观、不能近身的供品。