澳大利亚悉尼大学的研究人员开发了一种创新的软件解决方案，成功修正了美国航空航天局耗资数十亿美元的詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）所拍摄图像的模糊问题。这项突破性研究实现了在不离开地球的情况下，使世界上最强大的太空望远镜的一个关键仪器的成像精度得以完全恢复，达成以往需要耗费巨资派遣宇航员执行维修任务才能完成的目标。近日，相关研究公布于预印本服务器 arXiv。
JWST 图像的锐化：上面一行是星系 NGC 1068、木卫一和 WR 137 的原始数据图像。下面一行是经过锐化或“去模糊”图像。图片来源：Max Charles
此次成功得益于 JWST 上唯一由澳大利亚设计的组件——孔径掩模干涉仪（AMI）。该仪器由悉尼大学物理学院教授 Peter Tuthill 研发，使天文学家能够捕捉恒星和系外行星的超高分辨率图像。AMI 将望远镜主镜不同区域的光线整合起来，这一过程被称为干涉测量。
当 JWST 启动科学观测时，研究人员发现 AMI 的性能受红外相机探测器微弱电子失真的影响。这些失真导致图像出现细微模糊，令人联想到哈勃太空望远镜早期的光学缺陷——该缺陷最终需通过宇航员太空行走才得以修复。
悉尼大学博士生 Louis Desdoigts 和 Max Charles 并未尝试进行物理修复，而是与 Tuthill 及澳大利亚麦考瑞大学副教授 Ben Pope 合作，设计了一种纯软件校准技术，从地球上修复了图像失真问题。
他们的系统名为 AMIGO（孔径掩模干涉生成观测系统），使用先进模拟与神经网络技术，复现了望远镜光学与电子设备在太空中的运行状态。通过精准定位到电荷轻微扩散至相邻像素的现象，他们设计出图像数字校正算法，全面恢复了 AMI 的观测性能。
“我们没有派遣宇航员去安装新部件，而是设法用代码修复了问题。”Tuthill 说。
借助 AMIGO 系统，JWST 已拍摄到迄今最清晰的图像，以前所未有的细节捕捉到暗弱的天体。其中包括一颗黯淡的系外行星，以及围绕距地球约 133 光年的恒星 HD 206893 运行的红褐矮星的直接影像。
由 Charles 领导的一项研究进一步验证了 AMI 的精确度。借助改进后的校准技术，JWST 成功拍摄到黑洞喷流、木卫一炽热表面，以及 WR 137 恒星充满尘埃的恒星风的影像，表明 JWST 现在能比以往更深入、更清晰地探测宇宙奥秘。
“这项工作使 JWST 的观测视野变得更加清晰。看到软件解决方案能拓展望远镜的科学观测范围，而且知道这一切无需离开实验室就能实现，这令人感到无比欣慰。”Desdoigts 说。
Pope 表示，研究团队迫切希望尽快将新代码交到研究 JWST 的研究人员手中。
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