INFUSE 是一項新的探空火箭任務，它的發射是為了研究天鵝座環超新星遺跡。它利用一種結合了成像和光譜學的獨特儀器，試圖揭開恆星爆炸的奧秘及其在創造新天體中的作用。一項新的探空火箭任務即將進入太空，以了解恆星爆炸性死亡是如何為新的恆星系統奠定基礎。整體場紫外光譜實驗（INFUSE）探空火箭任務將於美國東部時間2023年10月29日晚間9點35分從新墨西哥州的白沙飛彈發射場發射升空。

這張由美國太空總署哈伯太空望遠鏡拍攝的影像顯示了面紗星雲或天鵝座環狀星雲的一部分。為了產生這張色彩繽紛的影像，哈伯的寬視野照相機3 儀器使用了五種不同的濾光片進行了觀測。新的後製方法進一步增強了雙電離氧（此處顯示為藍色）、電離氫和電離氮（此處顯示為紅色）的發射細節。圖片來源：歐空局/哈伯和美國國家航空暨太空總署，Z. Levay

天鵝座環線： 天體現象

每年有幾個月的時間，天鵝座（拉丁語，意為”天鵝”）會在北半球的夜空中盤旋。就在它的翅膀上方，有一個後院天文學家和專業科學家都喜歡的目標：天鵝座環狀星雲，也被稱為面紗星雲。

這張圖片展示了夜空中的天鵝座（拉丁語意為”天鵝”）。天鵝座環狀超新星遺跡，也被稱為面紗星雲，位於天鵝的一個翅膀附近，這裡用一個矩形框勾勒出來。資料來源：美國太空總署

天鵝座環狀星雲是一顆恆星的殘餘物，這顆恆星的大小曾經是太陽的20 倍。大約兩萬年前，這顆恆星在自身引力的作用下坍塌，爆發成一顆超新星。據天文學家估計，即使在2600 光年之外，閃光的亮度也足以在白天從地球上看到。

超新星：銀河建築師

超新星是偉大生命週期的一部分。它們將恆星內核中形成的重金屬噴射到周圍的塵埃和氣體雲中。它們是宇宙中所有比鐵重的化學元素的來源，包括構成我們身體的元素。來自超新星的氣體和塵埃逐漸聚集在一起，形成行星、恆星和新的恆星系統。

科羅拉多大學博爾德分校的研究教授、INFUSE 任務的首席研究員布萊恩-弗萊明（Brian Fleming）說：”像產生天鵝座環這樣的超新星對星系的形成有著巨大的影響。”

了解超新星動力學

天鵝座環帶提供了一個罕見的觀察超新星爆炸的機會。這個巨大的雲團直徑已經超過120光年，如今仍以每小時約93萬英里（約每小時150萬公里）的速度膨脹。望遠鏡從天鵝座環帶捕捉到的並不是超新星爆炸本身。相反，我們看到的是被衝擊鋒過熱的塵埃和氣體，它們在冷卻後會發光。弗萊明說：”INFUSE將透過捕捉衝擊波撞擊漂浮在銀河系周圍的冷氣體袋時發出的光，觀測超新星是如何向銀河系傾瀉能量的。”

創新儀器： INFUSE

為了看到衝擊波的邊緣，弗萊明和他的團隊開發了一種測量遠紫外光的望遠鏡–這種光能量太高，我們的眼睛無法看到。這種光揭示了溫度在9 萬到54 萬華氏度（約5 萬到30 萬攝氏度）之間的氣體，它們在撞擊後仍在噝噝作響。

INFUSE 是一個整體場光譜儀，是第一台飛往太空的同類儀器。該儀器結合了兩種光研究方法的優勢：成像和光譜學。一般的天文望遠鏡都有照相機，它們擅長拍攝影像–顯示光線的來源，忠實地揭示光線的空間分佈。但望遠鏡並不能將光分成不同的波長或”顏色”–相反，所有不同波長的光都會在生成的影像中相互重疊。

另一方面，分光鏡將一束光分成不同的波長或光譜，就像棱鏡將光分成彩虹一樣。這個過程可以揭示光源的成分、溫度和移動方式等各種資訊。但是，光譜儀一次只能觀察到一束光。這就像透過一個狹窄的鑰匙孔觀察夜空。

博士生艾米麗-威特（Emily Witt）在將精緻的圖像切片機（INFUSE 的核心光學技術）整合到有效載荷之前，將其安裝到CU-LASP 無塵室的支架上。圖片來源：CU Boulder LASP/Brian Fleming

INFUSE 儀器捕捉影像，然後將其”切片”，將切片排成一個巨大的”鑰匙孔”。然後，光譜儀可以將每個切片分散成光譜。這些數據可以重新組合成三維圖像，科學家稱之為”數據立方體”–就像一疊圖像，每一層都顯示了特定波長的光。

影響與未來展望

利用INFUSE 的數據，弗萊明和他的團隊不僅能辨識特定元素及其溫度，還能看到這些不同元素在衝擊前緣的位置。

同樣就讀於科羅拉多大學博爾德分校的首席研究生艾米莉-威特（Emily Witt）說：”這是一個非常令人興奮的項目，我們將參與其中。透過這些首創的測量，我們將更好地了解這些來自超新星的元素是如何與周圍環境混合的。這是朝著了解來自超新星的物質如何成為像地球這樣的行星甚至像我們這樣的人類的一部分邁出的一大步。”

為了進入太空，INFUSE有效載荷將搭載一枚探空火箭。這些靈活、無船員的火箭發射到太空中進行幾分鐘的數據收集，然後再落回地面。INFUSE 有效載荷將搭載一枚兩級Black Brant 9 探空火箭，目標飛行高度最高約為150 英里（240 公里），它將在那裡進行觀測，然後跳傘返回地面回收。研究團隊希望對儀器進行升級，然後再次發射。事實上，INFUSE 火箭的部分零件本身就是從2022 年從澳洲發射的DEUCE 任務中重新利用的。