AI让詹姆斯·韦伯望远镜重获清晰视野

突破性软件修复
悉尼大学研究人员开发了一种创新软件解决方案，修正了美国宇航局价值数十亿美元的詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）拍摄图像的模糊问题。这一突破恢复了该望远镜关键仪器之一的全部精度，实现了曾需昂贵宇航员维修任务才能完成的目标。
这一成功基于JWST唯一的澳大利亚设计组件——孔径掩膜干涉仪（AMI）。该仪器由悉尼大学物理学院及悉尼天文研究所的彼得·图希尔教授发明，能让天文学家拍摄恒星和系外行星的超高分辨率图像。其工作原理是组合望远镜主镜不同部分的光线，这一过程称为干涉测量法。当JWST开始科学运行时，研究人员发现AMI的性能受到其红外相机探测器中微弱电子失真的影响。这些失真导致图像出现轻微模糊，让人联想到哈勃太空望远镜早期著名的光学缺陷，当时该缺陷需通过宇航员太空行走修复。
从地球解决太空难题
研究团队没有尝试物理维修，而是由博士生路易斯·德斯杜瓦茨、马克斯·查尔斯与图希尔教授及麦考瑞大学的本·波普副教授合作，设计了一种纯软件校准技术，从地球远程修复失真问题。
他们的系统名为AMIGO（孔径掩膜干涉生成观测系统），利用先进模拟和神经网络复制望远镜光学与电子设备在太空中的运行方式。研究团队发现电荷会轻微扩散到相邻像素（这种现象称为“亮胖效应”），并设计算法对图像进行数字校正，完全恢复了AMI的性能。
“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太空科学领域产生全球影响的绝佳例子。”
更清晰的宇宙视野
结果令人瞩目。启用AMIGO后，詹姆斯·韦伯太空望远镜拍摄到了迄今最清晰的图像，以前所未有的细节捕捉到了暗淡的天体。这包括对一颗昏暗系外行星和一颗红棕色矮星的直接成像，它们围绕距离地球约133光年的近邻恒星HD 206893运行。
由马克斯·查尔斯领导的相关研究进一步证明了AMI恢复的精度。通过改进的校准，望远镜拍摄到了黑洞喷流、木星卫星木卫一炽热表面以及WR 137充满尘埃的恒星风的清晰图像，表明JWST现在能比以往更深入、更清晰地探测宇宙。
“这项工作让JWST的视野更加清晰，”德斯杜瓦茨博士说，“看到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，这非常有意义。”德斯杜瓦茨博士现已在荷兰莱顿大学获得知名博士后研究职位。
两项相关研究已发表在预印本服务器arXiv上，德斯杜瓦茨博士的论文已通过同行评审，不久将发表在《澳大利亚天文学会刊》。本·波普副教授在悉尼西南偏南大会上展示了这些发现，他表示研究团队渴望尽快将新代码交给JWST的研究人员使用。