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空中天文台上乘風破浪的姐姐

信息時報 | | 2020-07-02 12:09:09

美國航空航天局(NASA)的空中天文台——平流層紅外天文觀測台(英文首字母縮寫為索非亞)上,有一個領導團隊,其中包括五位在空間科學和工程領域影響力巨大的卓越女性。

這個空中天文台由一架波音747SP噴氣客機改造,飛機上攜帶了一個直徑106英寸(約2.7米)的望遠鏡。它可以用紅外光譜來觀察遠處的物體,它可以尋找關於恆星形成、銀河系中心黑洞等奧祕的答案。

其領導團隊包括:NASA埃姆斯研究中心硅谷項目經理希娜·卡茲米;NASA華盛頓總部項目科學家帕特·克涅澤克;大學空間研究協會(USRA)索非亞科學任務行動主任瑪格麗特·邁克斯納;德國航空航天中心(DLR)科學經理亞歷山德拉·羅伊和NASA埃姆斯研究中心科學家納瑟姆·蘭瓦拉。

NASA埃姆斯研究中心硅谷項目經理希娜·卡茲米、NASA華盛頓總部項目科學家帕特·克涅澤克、大學空間研究協會(USRA)索非亞科學任務行動主任瑪格麗特·邁克斯納、NASA埃姆斯研究中心科學家納瑟姆·蘭瓦拉、德國航空航天中心(DLR)科學經理亞歷山德拉·羅伊。(從左到右、從上到下)

NASA埃姆斯研究中心硅谷項目經理希娜·卡茲米

在中東長大 從小喜歡太空和飛機

希娜出生於巴基斯坦,在中東長大,讀高中時移民到美國。13歲時,希娜就立志要在NASA工作,成為一名航天工程師。在少年時期,她就迷戀上了阿梅莉亞·埃爾哈特。阿梅莉亞是美國女飛行員先驅,是第一位獨自飛越大西洋的女飛行員。

“我一直對太空、飛機感興趣,工程也一直是我的研究領域。”

希娜是在幾年前進入NASA的。她回憶起自己第一次接觸NASA,是在波音公司做一個大型的NASA項目。

在完成公共政策博士學位後不久,希娜將目光瞄向新的航空工業,在維珍軌道公司工作了幾年。維珍軌道公司是英國富豪理查德·布蘭森旗下航天企業維珍銀河公司的子公司。

後來她接到索非亞的電話,她毫不猶豫地抓住了這個機會。


NASA華盛頓總部項目科學家帕特·克涅澤克

從小誓言讀博 進過多家頂級天文台

帕特在美國密歇根郊區長大,那裏常常是陰天。所以,當父母帶帕特去祖父母位於得克薩斯州的農場,她看到了那裏漫天的星星時,她對天空產生了興趣。“這讓我着迷。我下決心要成為一名天文學家,12歲時我信心滿滿地告訴父母我將獲得博士學位。”

帕特做到了。她在馬薩諸塞大學獲得了博士學位,在密歇根大學做博士後。後來,帕特發覺自己喜歡研究儀器和天文台,於是在智利卡內基天文台工作了一段時間。

回到美國後,帕特先在約翰霍普金斯大學工作了幾年,後來進入太空望遠鏡科學研究所。

帕特在國家光學天文台工作了12年,然後被招募到國家科學基金會。在國家科學基金會工作三年後,她成為那裏的數學和物理科學理事會的高級顧問。

帕特一直很想了解NASA是如何運作的,來自NASA總部的天體物理部門的琳達·斯帕克向她透露:NASA正在招人。帕特從而抓住機會,進入了索非亞。


大學空間研究協會(USRA)索非亞科學任務行動主任瑪格麗特·邁克斯納

執過十年教鞭 太空望遠鏡研究專家

瑪格麗特會和天文學結下不解之緣,要歸功於讀中學時遇上了一位善於鼓勵學生的老師。她所在的學校科學課程豐富,上地質學課時,她想,“這很酷,我想成為地質學家”;上氣象學課時,她想,“哦,我想成為一名氣象學家”;上天文學課時,她又變了,“這真的很酷,我們不知道這裏會發生什麼,我想做這個”。

從研究生院畢業後,瑪格麗特在伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校找到了一份教職,在那裏幹了差不多十年。她製作了一個近紅外相機,安裝在學校的一米直徑望遠鏡上。

瑪格麗特通過NASA招募,進入太空望遠鏡科學研究所特設中紅外儀器科學工作小組,開始研究下一代太空望遠鏡,這個太空望遠鏡叫“詹姆斯·韋伯”太空望遠鏡。詹姆斯·韋伯太空望遠鏡是哈勃望遠鏡的繼任者,預計2021年發射升空。


NASA埃姆斯研究中心科學家納瑟姆·蘭瓦拉

印度來的學霸 專注紅外線研究

納瑟姆在印度一個小城鎮長大,直到15歲才第一次接觸天文學。當時,她還是名高中生,讀到了一章天文學。她至今還記得,那一章講的是宇宙的距離尺度,下一個行星有多遠,太陽系的盡頭有多遠。

納瑟姆完成博士學位後,恰逢歐洲空間局(ESA)的赫歇爾太空望遠鏡剛剛啓動,於是她選擇從光學天文學轉向更長波長的研究領域。“赫歇爾是一個新的任務,我想參與其中。”納瑟姆被選上在科羅拉多大學波德分校讀博士後,研究赫歇爾。她開始對紅外線和更長的波長感興趣,同時關注起宇宙分子的化學指紋。

然後,納瑟姆來到NASA埃姆斯研究中心,成為了NASA的博士後研究員。


德國航空航天中心(DLR)科學經理亞歷山德拉·羅伊

化學家父親啓蒙 觀天測地管人樣樣通

亞歷山德拉來自意大利,父親是一名化學家,很早就對她進行了科學方面的啓蒙。6歲時,亞歷山德拉畫的是原子核和電子環繞的原子。上小學後,她對未來的設想是,長大後要麼當宇航員,要麼做潛水員。

亞歷山德拉在意大利獲得天文學學位。她在德國波恩馬克斯·普朗克射電天文研究所做了兩年的研究,然後轉向大地測量學領域,先是讀了一個博士學位,然後進了NASA戈達德太空飛行中心,用射電望遠鏡來測量大陸漂移。這一鑽研就是16年。然後,她繼續學習,進入管理領域,成功申請了德國航空航天中心的職位。

也曾遭遇性別問題,為越來越多女性入行高興

在西方科學領域,越來越多的女性面孔湧現。這五位女性如今都是天文學領域的專家級別的人物,但她們也曾在奮力攀登科學高峯的過程中遭遇異樣目光,她們執着於喜愛的專業,坦然面對。

納瑟姆提到,對於像她這樣來自一個印度小鎮的女性來説,在不結婚不訂婚的情況下出國深造是一件很“出格”的事情。在那個時候(她20歲時)她沒有這個勇氣,是父母支持了她。“我想我可能是社區裏第一批未婚就遠赴國外攻讀博士學位的女性之一。在我開了這個頭後,我想,這讓社區裏的很多女性都能做類似的選擇。”

來自美國的瑪格麗特也記得自己在學習生活、職業生涯中遭遇過類似的孤立感。“記得在讀大學時,物理課上只有一兩個女生。我説,‘嘿,有人想組成一個學習小組嗎?’所有人都抬頭看着我,卻沒有迴應。”當她獲得伊利諾伊大學的教職時,一個男性博士後説,“哇,我想他們是真的很想要僱傭一名女性”。

帕特上大學的時候,要麼是教室裏唯一的女生,要麼是物理課上僅有的兩名女生之一。現在,情況有了改變,她在天體物理部門已非唯一的女性面孔,但在一些會議類的場合,她仍然可能是“綠葉中的那朵紅花”。“這正在改變,我為此感到自豪和高興。”

希娜在中東讀高中,在那種文化中,女性在技術領域的發展有限。她在美國恩布里裏德爾航空大學的時候,男女比例是6:1。“過了一段時間,我對此就麻木了。”但情況在改變,“在過去的十年裏,你不再是房間裏唯一的女性了”。

美國航空航天局(NASA)的空中天文台——平流層紅外天文觀測台(英文首字母縮寫為索非亞)

美國空中天文台這半個多世紀

1958年,美國航空航天局(NASA)成立,NASA在利用飛機研究太空方面有相當豐富的經驗。

空中天文台有兩大優勢

在高海拔飛行使望遠鏡處於地球大氣層水蒸氣之上,水蒸氣會阻擋某些類型的光如紅外線,到達地面的望遠鏡。

機載觀測站還可以到任何地方進行觀測,使研究人員能夠研究瞬變事件,從而瞭解遙遠的行星和物體。當航空天文台每次飛行後着陸時,望遠鏡設備可以進行升級或維修,新的望遠鏡可以利用新技術建造,這是大多數太空望遠鏡不可能做到的。

柯伊珀天文台運動20年

NASA在1965年通過一架改進的康維爾990飛機從日全食路徑內部研究日食,從此為航空天文學鋪平了道路。1968年,天文學家在里爾噴氣式飛機的機艙裏使用直徑12英寸的望遠鏡,利用紅外線研究金星等天體。

柯伊珀航空天文台運行20年

里爾噴氣機天文台的成功促成了NASA柯伊伯機載天文台的開發,這是一架由C-141運輸機改裝而成的貨機,攜帶了一台直徑36英寸的反射望遠鏡。它以行星科學家傑拉德·柯伊珀的名字命名,1975年至1995年間運行了20年。科學家們利用它進行太陽系研究、銀河和銀河系外的觀測,甚至還研究了航天飛機重返地球大氣層時的紅外線隔熱罩。

柯伊伯航空天文台1995年退役後,一個擁有一個更大直徑、功能也更強大的紅外望遠鏡的飛行天文台誕生了,它就是平流層紅外天文天文台。

索非亞在40000英尺高空飛行中。望遠鏡操作員和科學家等坐在飛機後部,面對着望遠鏡。

飛行在平流層的索非亞

攜帶最大機載望遠鏡 可上萬米高空測星系

NASA和德國航空航天中心(DLR)聯合運營平流層紅外天文天文台(索非亞)。他們選擇了一架波音747SP飛機來攜帶迄今為止最大的機載望遠鏡,其直徑為106英寸(約2.7米)。NASA對這架曾經為泛美世界航空公司和聯合航空公司提供服務的飛機進行了改裝和維護。DLR設計、建造並維護了這台可以在45000英尺(約1.37萬米)高空以時速650英里飛行的望遠鏡。

在機艙內,天文台所需的任務控制系統取代了飛機作為客機時的座位。每次飛行都有大約20人來操作飛機、控制望遠鏡和收集天文數據。

這台德國製造的望遠鏡由一種獨特的玻璃材料製成,其熱膨脹率幾乎為零,所以鏡面不會受到温暖的地面空氣和寒冷的平流層之間的温度變化影響。這個望遠鏡的背面有一個蜂窩設計,使它比同尺寸的大多數望遠鏡輕大約80%。一個複雜的穩定系統將望遠鏡與飛機的運動隔離開來,使其在夜間飛行時固定在觀測目標上。

索非亞在2014年達到了滿負荷運轉,每週飛行三次或三次以上,飛行時間約10小時。

位於加州硅谷的NASA埃姆斯研究中心與總部設在馬里蘭州的大學空間研究協會和德國斯圖加特大學的索非亞研究所(DSI)合作,管理着索非亞項目。這架飛機由NASA阿姆斯特朗飛行研究中心位於加州帕姆代爾的703機庫負責維護和操作。

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