软件解决方案可纠正詹姆斯·韦伯太空望远镜的图像模糊问题

两名悉尼的博士生在不出地球的情况下，帮助提升了人类最强大的太空天文台的观测清晰度。为了永远铭记这一激动人心的成果，目前在荷兰莱顿担任博士后研究员的路易斯·德斯多伊茨和他的同事马克斯·查尔斯，将他们所修复的仪器图案纹在了手臂上。

这一技术突破源于悉尼大学的研究人员开发出一种软件修复方法，能够纠正美国国家航空航天局（NASA）耗资数十亿美元的詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）拍摄图像中的模糊问题，恢复其关键科学仪器之一的清晰性能，而且完全无需太空任务或宇航员进行维修。

这一成就建立在JWST上唯一一件由澳大利亚设计的硬件——孔径掩模干涉仪（AMI）的基础上。该仪器由悉尼大学物理学院和悉尼天文研究所的彼得·图希尔教授创造。AMI使天文学家能够通过组合望远镜主镜上多个区域的光线，拍摄恒星和系外行星的超高分辨率图像，这种技术被称为干涉测量法。

然而，在JWST开始运行后，科学家们发现AMI的性能受到其红外相机探测器中微妙电子失真的影响。这些失真给恢复的图像注入了模糊感——这个问题让人想起JWST的前身哈勃太空望远镜在发射初期的 “模糊视野”，当时需要航天飞机任务和宇航员太空行走来解决。

图希尔教授团队的博士生路易斯·德斯多伊茨和马克斯·查尔斯，与麦考瑞大学的本·波普副教授合作，没有设计新镜头或开展如此昂贵的救援任务，而是创建了一个数据驱动、纯软件的校准系统，从地面修复了聚焦问题。

他们的系统名为AMIGO（孔径掩模干涉测量生成观测系统），使用先进的模拟和神经网络来模拟望远镜的光学和电子设备在太空中的行为。通过了解电荷渗入相邻像素的缺陷（这一过程被称为亮胖效应），该团队开发出 “去模糊” 图像并恢复AMI全部灵敏度的算法。

“他们没有派宇航员去安装新部件，而是用代码解决了问题，” 图希尔教授说，“这是澳大利亚创新如何在空间科学领域产生全球影响的一个杰出范例。”

这一修复产生了惊人的成果。借助AMIGO，詹姆斯·韦伯太空望远镜对微弱天体的探测比以往任何时候都更加清晰——包括直接拍摄到一颗昏暗的系外行星，以及围绕距离地球约133光年的HD 206893恒星运行的一颗红棕色矮星。

悉尼大学博士生马克斯·查尔斯领导的一项配套研究，通过拍摄黑洞喷流、木星卫星之一（木卫一）的火山表面以及WR 137的尘埃恒星风的高分辨率图像，展示了AMI恢复后的聚焦能力，拓展了JWST的观测极限。

“这项工作让JWST的观测视野更加清晰，” 德斯多伊茨博士说，“看到一个软件解决方案扩展了望远镜的科学探测范围，而且无需离开实验室就能实现，这让人非常有成就感。”

德斯多伊茨博士现已在荷兰莱顿大学获得博士后研究职位。

两项研究均已发表在预印本服务器arXiv上。德斯多伊茨博士的论文已经过同行评审，不久将发表在《澳大利亚天文学会出版物》上。此次发布恰逢詹姆斯·韦伯太空望远镜最新一轮的普通观测者、调查和档案研究项目。

本·波普副教授将于周五在悉尼西南偏南大会上展示这些研究结果，他表示研究团队渴望尽快将新代码交到JWST研究人员手中。