让百万公里外的韦伯望远镜看得更清楚，“AMI”立大功

2021年圣诞夜发射六个月后，詹姆斯‧韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope，JWST）传回第一批形象，象征人类探索宇宙打开新时代。然对某澳洲团队而言，真正工作才刚开始。

哈勃望远镜的次世代继承者，韦伯望远镜也面临与哈勃类似的模糊问题。哈勃刚发射时因主镜极细微焦距误差失焦，科学家用已知恒星比对理想与实际形象，找出光学误差并设计出修正镜片，并于1993年由七名宇航员搭乘奋进号航天飞机上太空安装。哈勃距地球仅几百公里，宇航员能亲自维修，但韦伯不同，它位于距离地球约150万公里的第二拉格朗日点（L2），无法再访问维修，故必须不能更换任何硬件下修正问题，这正是澳洲团队设计的孔径遮罩干涉仪（AMI）主要任务。

AMI是一小块精密加工金属，装在近红外成像仪和无缝隙光谱仪（NIRISS）内提高分辨率及判断形象是否模糊。AMI初期就揭示韦伯形象潜在问题，像素级高分辨率下，所有形象都略显模糊，是因电子效应导致亮像素点电子溢入邻近暗像素。这并非设计缺陷，而是红外线相机的物理特性，然而对要观测比邻近天体暗数千倍、仅相隔几像素的暗天体来说是致命限制，使AMI灵敏度比设计预估还要差十倍。

澳洲团队新论文，用AMI观测恒星同时校正光学与电子失真。团队创建AMI光学物理模拟模型，可灵活调整镜面、孔径形状与恒星光谱颜色，再与机器学习模型结合，创建有效探测器模型（effective detector model）。经过多颗恒星训练与验证后，模型成功逆向模糊其他观测数据，恢复AMI完整解析力，且不改变韦伯运行。论文以HD 206893恒星系统为例，未校正韦伯形象完全无法识别系统有的行星与红矮星，校正后成功清楚显示。

HD 206893系统示意图。彩色区块为有天体可能性分布；B与C分别代表已知行星。较宽光斑代表行星位置测量不确定性较高，因行星C亮度远低于行星B。（Source：Desdoigts et al., 2025）

另一篇论文，团队将修正模型用于更复杂天体，不只行星光点而是更完整的结构。团队呈现校正后木卫一清晰形象，清楚显示木卫一表面一小时内火山活动。此外，AMI拍摄的NGC 1068中央黑洞喷流，与大型望远镜观测的结果高度一致。最后，AMI也清楚解析双星系统WR 137周围尘埃环，结构也与理论预估完美相符。

韦伯太空望远镜AMI拍摄的木卫一（Io）。可见四个明亮的光点是预估火山位置。长达一小时延时观测，这些火山随着木卫一自转移动。（Source：Max Charles）

星系NGC 1068中央黑洞的喷流。左为大双筒望远镜（Large Binocular Telescope Interferometer）；右为韦伯太空望远镜AMI拍摄同喷流，以假色呈现。（Source：Max Charles）

为AMI开发的校正模型是未来次世代太空望远镜的最佳范例，如罗曼太空望远镜（Nancy Grace Roman Space Telescope）。这些仪器需要精确度纳米分之一以下的光学校正，这远超现有材料的稳定极限。研究成果证明，只要能测量、控制并修正极微小误差，仍有希望在银河系的遥远角落，找到类地行星的踪迹。

（首图为韦伯太空望远镜在地球测试期间的自拍照，来源：Ball Aerospace）