悉尼大学学者利用AI修复韦伯望远镜，拍清133光年行星

两名来自悉尼的博士生无需离开地球，就助力修复了这台全球最强大空间天文台的清晰成像能力。如今已是荷兰莱顿大学博士后研究员的路易·德斯杜瓦（Louis Desdoigts），与同事马克斯·查尔斯（Max Charles），用手臂上纹着“修复仪器图案”的纹身纪念这一成就——这是他们为空间科学贡献的永久印记。

悉尼大学的研究人员研发出一种创新性软件解决方案，修正了美国国家航空航天局（NASA）耗资数十亿美元打造的詹姆斯·韦伯空间望远镜（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，而在过去，这类问题往往需要耗费巨资的宇航员维修任务才能解决。

此次成功的基础，是JWST上唯一由澳大利亚设计的部件——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（Peter Tuthill）教授研发，能让天文学家拍摄恒星和系外行星的超高分辨率图像。其原理是通过“干涉测量法”，将望远镜主镜不同区域接收的光线整合。当JWST开始科学观测后，研究人员发现，AMI的性能受到了其红外相机探测器中微弱电子干扰的影响。这种干扰导致图像出现细微模糊，让人联想到哈勃空间望远镜早期著名的光学缺陷——当时那场缺陷只能通过宇航员太空行走修复。

在地球解决太空问题

博士生路易·德斯杜瓦、马克斯·查尔斯与图希尔教授、麦考瑞大学的本·波普（Ben Pope）副教授合作，没有尝试物理维修，而是设计了一种纯软件校准技术，在地球就能修复这种干扰。

他们研发的系统名为AMIGO（孔径掩膜干涉生成观测系统），利用先进模拟技术和神经网络，还原了望远镜光学部件与电子设备在太空中的运行方式。团队发现，问题源于“电荷轻微扩散到相邻像素”（这一现象被称为“亮像素扩散效应”），随后设计出算法对图像进行数字修正，完全恢复了AMI的性能。

“他们不用送宇航员上天安装新部件，只用代码就解决了问题，”图希尔教授说，“这是澳大利亚创新为全球空间科学带来影响的绝佳范例。”

修复效果十分显著。启用AMIGO后，詹姆斯·韦伯空间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。其中包括对一颗昏暗系外行星、以及围绕“HD 206893恒星”（距离地球约133光年）运行的红棕色矮星的直接成像。

由马克斯·查尔斯主导的一项相关研究，进一步证明了AMI恢复后的精度。借助改进后的校准技术，望远镜拍摄到了黑洞喷流、木星卫星“艾奥”（Io）的炽热表面，以及“WR 137恒星”充满尘埃的恒星风的清晰图像——这表明JWST如今能探测到更深远、更清晰的宇宙景象。

“这项工作让JWST的‘视野’更加锐利，”德斯杜瓦博士说，“看到一个软件解决方案拓展了望远镜的科学探测范围，而且不用离开实验室就能实现，这太有成就感了。”