人工智能如何修复詹姆斯·韦伯太空望远镜的模糊视觉

2025-11-05 11:00:00 英文原文

作者:Tereza PultarovaSocial Links NavigationSenior Writer

A comparison of James Webb Space Telescope's images before and after sharpening by a new AI algorithm.
从左到右:AI 锐化之前(上)和之后(下)的星系 NGC 1068、木星卫星 Io 和沃尔夫拉叶星 137 的图像。 (图片来源:Max Charles/悉尼大学)

望远镜一直患有视力模糊的问题。

但一组澳大利亚研究人员创建了一个人工智能算法这解决了这个问题——这对科学界来说是一个重大的缓解,他们希望利用该仪器来寻找系外行星我们周围的星星银河系银河系。

受影响的仪器是孔径掩蔽干涉仪(API),由澳大利亚悉尼大学 Peter Tuthill 教授领导的天文学家团队设计和制造。API 不是主要的四种工具之一詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST),而是一种能够在天文台主要仪器之一——近红外成像仪和无缝摄谱仪 (NIRISS) 上进行特殊类型成像的设备。

API 允许 NIRISS 组合来自望远镜主镜不同部分的光线,以提高仪器的灵敏度和分辨率。API 组件由一个带有七个孔的不透明掩模组成,专门设计用于寻找遥远周围的小而昏暗的系外行星星星。但当天文学家第一次打开仪器时,他们发现返回的图像变得模糊。

这个问题让人想起韦伯的前任,即光学系统中的一个重大缺陷。哈勃太空望远镜1990 年进入轨道后,它被证明是明显近视的。哈勃的缺陷源于其主镜的缺陷,修复需要花费数亿美元的载人太空任务。1993年,一组宇航员在望远镜传感器前安装了一组校正镜,以使其能够产生预期质量的图像。

然而,对于韦伯来说,这样的使命是不可能的。哈勃的轨道距地球约 320 英里(515 公里),仅距地球 70 英里(110 公里)国际空间站。然而,韦伯与地球的距离为 930,000 英里(150 万公里),是地球距离的三倍多月亮。人类太空任务从未飞过那么远。

韦伯 API 图像的模糊可追溯到韦伯红外相机探测器上产生的电子失真。

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为了解决这个问题,前悉尼大学博士。学生 Max Charles 和 Louis Desdoigts 开发了一种神经网络,这是一种受人脑功能启发的人工智能算法,可以检测并纠正受扭曲观察结果的电荷影响的像素。

该算法被称为 AMIGO(孔径掩蔽干涉生成观测),已被证明运行得非常好。

“他们没有派宇航员去安装新零件,而是设法用代码来修复问题,”塔希尔说在一份声明中

研究人员展示了 AMIGO 对暗淡系外行星和一颗非常冷的低质量恒星(红棕矮星)约 133 的图像的锐化能力光年来自地球。在另一项成像活动中,API 在 AMIGO 的协助下,能够生成详细的图像黑洞喷射,火山表面木星的卫星木卫一,以及从遥远的变星发出的星风。

“这项工作使 JWST 的愿景更加清晰,”现为荷兰莱顿大学博士后研究员的 Desdoigts 在声明中表示。“看到软件解决方案扩展了望远镜的科学范围,这是令人难以置信的回报。”

詹姆斯·韦伯太空望远镜自 2022 年 7 月开始运行,彻底改变了天文学,揭示了有关早期星系和黑洞形成的意想不到的细节。它还为系外行星的研究做出了重大贡献,对系外行星的大气成分进行了前所未有的测量。随着 API 现在全速运转,韦伯将迎来更多令人难以置信的发现。

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特蕾莎是一位驻伦敦的科技记者、有抱负的小说作家和业余体操运动员。她来自捷克共和国布拉格,职业生涯的前七年是捷克公共服务电视台的各种电视节目的记者、编剧和主持人。后来,她中断了职业生涯,继续深造,并获得了法国国际太空大学的理学硕士学位,以及布拉格查尔斯大学的新闻学学士学位和文化人类学硕士学位。她曾担任《工程与技术》杂志的记者,为一系列出版物担任自由撰稿人,包括《Live Science》、《Space.com》、《专业工程》、《Via Satellite》和《太空新闻》,并担任欧洲航天局的孕妇封面科学编辑。

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摘要

澳大利亚研究人员开发了一种名为 AMIGO 的人工智能算法,可以锐化来自詹姆斯·韦伯太空望远镜孔径掩蔽干涉仪 (API) 的模糊图像。API 受到电子失真的影响,导致图像模糊,以前需要昂贵的载人航天任务才能修复。然而,有了 AMIGO,天文学家现在可以仅使用软件来纠正这些问题。这一进步可以更清晰地成像系外行星和其他天体现象,从而显着增强望远镜的科学能力。