Planning and Executing Airborne Astronomy Missions for SOFIA
SOFIA是一个2.5米的机载红外望远镜，安装在波音747 SP飞机上。由于望远镜的尺寸很大，在望远镜的方位上只有几度的方位角。这意味着飞机的航向基本上与望远镜的测量觇标相关，并且实现给定任务所需的地面轨迹非常复杂，并且取决于要执行的观测的坐标，持续时间和顺序。我们设计并实现了一个飞行管理基础设施（FMI）产品，以便在存在大量外部约束（例如，受限空域，国际边界，望远镜的高度限制，飞机性能，高度风和环境温度）的情况下计划和执行此类任务。我们提出了一个概述FMI，包括过程，约束和基本算法用于计划和执行SOFIA任务。
2010-01-04 astro-ph.IM
First supra-THz Heterodyne Array Receivers for Astronomy with the SOFIA Observatory
本文介绍了用于远红外天文学的超太赫兹外差阵列。低频阵列（LFA）设计为使用双极化配置中的2x 7像素基于波导的HEB混频器阵列覆盖1.9-2.5 THz范围。高频阵列（HFA）将使用7像素基于波导的HEB混频器阵列在~4.745 THz处对[OI]线进行观测。本文介绍了这两个阵列的共同设计，冷却到4.5 K，使用闭合循环脉冲管技术。然后，我们展示了第一个具有14个像素（LFA）的阵列的实验室和望远镜表征，最终于2015年5月在SOFIA机载天文台上成功调试，观察到1.905 THz的[CII]精细结构转变。这是天文观测的第一次成功演示，外差焦平面阵列超过1太赫兹，也是第一次在机载平台上运行温度低于4.5 K的高功率闭合循环冷却器。
2015-12-09 astro-ph.IM
SOFIA Community Science I: HAWC+ Polarimetry of 30 Doradus
平流层红外天文台（SOFIA）是一架波音747 SP飞机，经改装后可容纳2.7米陀螺稳定望远镜，主要用于研究红外波长的宇宙。作为战略主任自由支配时间（S-DDT）计划的一部分，SOFIA对相关科学案例进行观测，并立即向天文学界提供科学数据产品。我们提出的第一个数据发布的S-DDT计划的远红外成像偏振观测的30剑鱼使用高分辨率机载宽带相机加（HAWC+）在53，89，154，和214微米。我们提出了观测的状态和质量，SOFIA数据产品的概述，以及使用HAWC+偏振数据的示例，这些数据将增强对该数据集和未来数据集的科学分析。这些观测结果说明了蜘蛛星云内恒星形成区域的磁场和湍流的潜在影响。
2018-11-07 astro-ph.IM
Recovering Phosphine in Venus' Atmosphere from SOFIA Observations
本研究重新处理 SOFIA 金星光谱，排除校准负载伪影后获得 5.7σ、约 3 ppb 的云层上方 PH3 候选信号，并用光解解释丰度变化。
2023-03-02 astro-ph.EP astro-ph.IM
Early Science Results from SOFIA, the World's Largest Airborne Observatory
平流层红外天文台（SOFIA）是有史以来建造的最大的飞行天文台，由一个2.7米直径的望远镜组成，安装在一架改装的波音747-SP飞机上。SOFIA是美国航天局和德国航空航天中心（德国航天中心）之间的一个联合项目。通过在45000英尺的高空飞行，天文台获得了地球大气中99.9%以上的红外吸收水蒸气。这开辟了一个几乎不间断的波长范围，从0.3-1600微米，这是在很大程度上从地面天文台掩盖。自2010年12月的“首次科学飞行”以来，SOFIA已经进行了几十次科学飞行，并观察了从太阳系天体到恒星托儿所到遥远星系的各种物体。本文回顾了一些令人兴奋的新的科学成果，从这些第一次飞行，这是由三个仪器：中红外相机FORCAST，远红外外差光谱仪GREAT，和光学掩星光度计HIPO。
2013-02-20 astro-ph.IM
GREAT: the SOFIA high-frequency heterodyne instrument
我们描述的设计和建设的伟大，德国接收器天文太赫兹频率上运行的平流层天文台红外天文（SOFIA）。GREAT是一种用于高分辨率远红外（FIR）光谱的模块化双色外差仪器。该仪器被选作SOFIA的早期科学演示，自2011年4月1日调试飞行记录到第一束光以来，已成功进行了三次短期和十几次基础科学飞行。我们报告的接收器，在飞行中的性能和操作-在各种飞行配置，三个不同的检测器通道-在1.25和2.5太赫兹之间的几个科学定义的频率窗口观察。经验证，接收器光学器件符合设计要求，具有标称效率;接收器灵敏度达到最新水平，具有出色的系统稳定性。模块化设计允许最新技术的持续集成;我们简要讨论了正在开发的其他通道和第1周期观测的持续改进。GREAT是一个主要的调查工具，由四个德国研究所组成的联合体开发，在合作的基础上提供给SOFIA用户。
2012-03-13 astro-ph.IM
Stratospheric Balloons as a Complement to the Next Generation of Astronomy Missions
需要大型物理仪器尺寸和/或大量冷冻剂的观测，例如高空间分辨率远红外天文学的观测，目前在空间进行观测仍面临技术限制。此外，空间飞行任务的高成本和终结性要求采取风险极低的方法，并需要较长的开发时间。对于某些光谱区域，主要包括中远红外线以及部分紫外线，平流层气球为空间望远镜提供了一种灵活和负担得起的补充，开发时间短，观测条件相对较好。然而，使用球载望远镜的入门负担很高，研究小组通常还必须承担部分基础设施建设。为了方便访问基于气球的观测，我们提出了一个社区访问的基于气球的天文台，欧洲平流层气球天文台（ESBO）的努力。ESBO的目标是在未来10-15年内补充天基和机载能力，并通过为更广泛的天文用途提供以服务为中心的基础设施，进行定期飞行，并提供一个操作概念，为研究人员提供类似的基于提议的访问访问观测时间在地面观测站上实践，以增加科学气球活动的当前景观。我们目前的详细信息计划实现ESBO的目标，目前的STUDIO（平流层紫外线演示成像观测台）原型平台和任务的状态，以及选定的技术发展与扩展潜力的空间任务进行STUDIO的活动。
2022-02-09 astro-ph.IM
Overview of the SOFIA Data Processing System: A generalized system for manual and automatic data processing at the SOFIA Science Center
平流层红外天文观测台（SOFIA）是一个机载天文观测台，由安装在波音747 SP飞机尾部的2.5米望远镜组成。在常规操作期间，天文学界将可使用几种仪器，包括近红外和远红外的照相机和摄谱仪。飞行中获得的原始数据需要大量的处理，以校正背景发射（来自望远镜和大气），去除仪器伪影，校正大气吸收，并应用波长和通量校准。一般来说，这种处理对仪器和望远镜来说是高度特定的。为了最大限度地提高观测站的科学产出，SOFIA科学中心必须及时向客座调查员提供这些后处理数据集。为了满足这一要求，我们设计并构建了SOFIA数据处理系统（DPS）：一套内部工具和服务，可用于自动（“管道”）和手动模式，以处理来自各种仪器的数据。在这里，我们介绍了DPS的概念和架构，以及前两个SOFIA观测周期（2013- 2014）的运行结果。
2014-12-17 astro-ph.IM
Overview of the SOFIA Data Cycle System: An integrated set of tools and services for the SOFIA General Investigator
平流层红外天文台（英语：Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy，SOFIA）是一个机载天文台，由一个安装在波音747 SP飞机尾部的2.5米红外望远镜组成，飞行高度在37，000至45，00英尺之间，高于99%的大气水蒸气。在日常操作期间，天文学界将可使用一系列仪器，包括近红外和远红外照相机和摄谱仪;一个亚毫米外差接收器;和一个高速掩星成像仪。SOFIA（以及所有天文台）面临的挑战之一是提供一套统一的工具，使非专业的总调查员（GI）能够以简单和无缝的方式使用各种不同的仪器提出，计划和获得观测结果。SOFIA数据循环系统（DCS）是SOFIA科学和任务运营GI计划的一套集成服务和用户工具，旨在应对这一挑战。DCS支持的计划活动包括：GI的提案准备和提交;望远镜分配委员会和天文台工作人员的提案评估; GI的天文观测请求（AOR）准备和提交;天文台工作人员的观测和任务规划;数据处理和存档;数据产品分发。在这篇海报论文中，我们概述了DCS的概念，架构和用户工具，这些工具（或即将）在日常SOFIA操作中可用。此外，我们还介绍了SOFIA基础科学计划的经验和计划中的升级。
2013-09-26 astro-ph.IM
Stratospheric Balloon Payloads for Astronomy: the challenge of coping with rising complexity
本文探讨平流层气球天文载荷因复杂性增加带来的挑战，以FIREBall-2为例提出应对策略，旨在促进高复杂度气球项目的价值。
2025-01-27 astro-ph.IM
Training of Instrumentalists and Development of New Technologies on SOFIA
本白皮书提交给天文学和天体物理学2010年十年调查（Astro 2010）1专业状况委员会，以强调平流层红外天文学观测台（SOFIA）在培训仪器和观测员以及相关技术发展方面的潜力。这种潜力超出了SOFIA的主要任务，即进行独特的，高度优先的天文学研究。SOFIA是一架波音747 SP飞机，配备2.5米望远镜。它将使天文观测在任何地方，任何时间，并在大多数波长之间的0.3微米和1.6毫米无法从地面天文台访问。SOFIA的机动性和飞行高度带来的这些特性保证了丰富的科学回报。它的仪器团队（第一代有9个）和客座研究人员将在一个衬衫袖子的环境中进行亚轨道天文学研究。该项目将在20年的生命周期内每年投资1000万美元用于科学仪器的开发。这种频繁的飞行机会，以及能够快速更换科学仪器和在飞行中亲自操作仪器的操作，确保了独特而广泛的潜力-无论是培训年轻的乐器演奏家还是鼓励和部署新兴技术。涵盖光学、红外和亚毫米波段的新型仪器可以由其开发人员（包括学徒）开发并在SOFIA上进行测试，用于他们自己的观测和客座观测员的观测，以验证技术并最大限度地提高观测效果。
2009-03-25 astro-ph.IM
The upGREAT 1.9 THz multi-pixel high resolution spectrometer for the SOFIA Observatory
本文介绍了一种用于平流层远红外天文台（SOFIA）的新型多像元高分辨率（R >10^7）光谱仪。接收器在正交极化中使用2 X 7像素子阵列，每个子阵列在围绕中心像素的六边形阵列中。我们在2015年5月和12月的调试活动以及2016年5月进行的科学观察之后，展示了这台新仪器的第一批结果。该接收器的设计最终覆盖整个1.8-2.5 THz频率范围，但在其首次实施中，观测范围仅限于2015年1.9 THz的[CII]线观测，并在2016年扩展到1.83-2.07 THz。仪器的灵敏度是最先进的，在调试后不久进行的第一次科学观察证实，与单像素接收器相比，大规模成像的时间效率提高了一个数量级以上。这里给出了一个马头星云周围的大尺度映射的例子来说明这种改进。该阵列已被添加到SOFIA的仪器套件中，用于正在进行的观测周期4。
2016-07-14 astro-ph.IM
4GREAT -- a four-color receiver for high-resolution airborne terahertz spectroscopy
4GREAT是在平流层红外天文观测台（SOFIA）上运行的德国太赫兹频率天文接收器（GREAT）的扩展。光谱仪包括四个不同的探测器波段及其相关的子系统，用于同时和完全独立的科学操作。所有的探测器光束都在天空中对齐。4GREAT的频带分别覆盖491-635、890-1090、1240-1525和2490-2590 GHz。本文介绍了仪器的设计和表征，以及它的飞行性能。4GREAT于2018年6月首次亮相，并已提供给感兴趣的SOFIA社区，从观测周期6开始。
2020-12-09 astro-ph.IM
SOFIA - HIRMES: Looking forward to the HIgh-Resolution Mid-infrarEd Spectrometer
高分辨率中红外光谱仪（HIRMES）是平流层红外天文台（SOFIA）的第三代仪器，目前正在NASA戈达德太空飞行中心（GSFC）开发，并将于2019年投入使用。通过结合直接检测过渡边缘传感器（TES）测辐射热计阵列，光栅色散光谱学和法布里-珀罗可调谐滤波器的主机，HIRMES将提供高分辨率的能力，（R~ 100，000），中分辨率（R~ 10，000）和低分辨率（R~600）狭缝光谱法，以及25 - 122 μm中远红外波段的2D光谱成像（在选定波长下R~2000）。驱动科学应用是通过测量水蒸气，水冰，氘（HD）和中性氧线的原行星系统的演变。然而，HIRMES的设计尽可能灵活，以涵盖其相空间范围内的各种科学案例，同时达到SOFIA迄今为止尚未看到的灵敏度和观测能力，提供数十年来无与伦比的独特观测能力。
2018-11-27 astro-ph.IM
Current and Future Space and Airborne Observatories for ISM Studies
星际介质发出大量的中红外和远红外（3-500 μm）辐射，这是星系发出的大部分光。在这篇文章中，我们激励ISM在红外线和大型专业天文台的建设研究，如平流层红外天文台（SOFIA），刚刚结束了它的使命在一个科学的高度注意，和新推出的詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST），刚刚开始其令人兴奋的科学任务。我们介绍他们的能力，提出了他们的科学发现的几个例子，并讨论他们如何相互补充。然后，我们考虑SOFIA的结论在历史背景下对该领域的影响，并专门针对太空和平流层中的远红外观测站寻找新的机会。
2023-01-14 astro-ph.GA astro-ph.IM
The SOFIA Observatory at the Start of Routine Science Operations : Mission capabilities and performance
平流层红外天文观测台最近完成了一系列观测台性能评估工程飞行。这些飞行中的机会被视为对天文台性能的首次全面评估，并用于指导未来的发展活动，以及确定更多的天文台升级。对指向稳定性进行了评估，包括由于刚体和柔性体望远镜模式引起的像移以及可能的气动光学像移。我们报告最近的改进指向稳定性，通过使用安装在望远镜上的主动质量阻尼器系统。剪切层和空腔视宁度的测量和表征，以及作为波长的函数的图像质量评价也已进行。其他测试针对基本的天文台能力和要求，包括指向精度，斩波器评估和成像仪灵敏度。本文报告了在这些飞行中收集的数据，并介绍了目前SOFIA天文台的性能和特征。
2014-05-28 astro-ph.IM
Winter long duration stratospheric balloons from Polar regions
天文学、宇宙学、物理学和大气观测的一个新的机会是，在极夜期间在30 - 40公里高度飞行平流层有效载荷的可能性。冬季平流层长时间没有太阳辐射，温度极低，环境稳定，是进行天体物理观测的理想环境条件。在这里，我们提出了一个小型而高效的平台，能够在极地平流层的恶劣环境中进行通信，供电和导航。在2017年1月气球故障后，有效载荷于2017年12月从挪威斯瓦尔巴群岛朗伊尔城的78 $^\circ$ N成功飞行。持续时间被限制在21小时，由于南部的轨迹，造成太阳照射和升力损失。该仪器实现了环境数据的采集和传输，动力系统热工性能良好。有效载荷还包括一组姿态传感器，以监测有效载荷的运动。这次飞行收集的信息对于鉴定姿态控制系统传感器和设计下一代LSPE-SWIPE望远镜的热和动力系统至关重要，该望远镜专门用于测量北极极夜平流层气球发出的宇宙微波背景辐射的偏振。
2018-10-12 astro-ph.IM
Stratospheric balloons as a platform for the next large far infrared observatory
需要大型物理仪器和（或）大量冷冻剂的观测，如高空间分辨率远红外天文学，目前在空间进行观测仍面临技术限制。角分辨率和现有的观测能力受到特别大的影响。基于天基的平台有望补充现有的观测能力，提供以相对较少的努力部署相对较大的望远镜的手段，包括其他优势，如定期补充冷冻剂以及更换和/或更新仪器的可能性。计划中的欧洲平流层气球观测站旨在提供这些额外的大孔径远红外成像能力，从长远来看，将超过赫歇尔的空间分辨率。该计划的重点是可重复使用的平台执行定期飞行和操作概念，为研究人员提供基于建议的观测。因此，它的目的是在波长范围、空间分辨率能力和光度稳定性方面对其他机载、地基和天基观测站提供补充。虽然FIR能力是一个主要的长期目标，但ESBO将在其他波长范围内提供好处。在ESBO设计研究范围内，正在建造一个载有0.5米望远镜的原型平台，用于紫外和可见光观测，并正在研究下一代远红外望远镜的平台概念。UV/VIS原型平台预计将于2021年进行飞行。在本文中，我们将概述的科学和技术的动机，一个大口径气球为基础的FIR天文台和ESBO DS方法对这样的基础设施。其次，我们将介绍0.5 m UV/VIS平台的技术动机、科学案例和仪器。
2022-02-09 astro-ph.IM
Robust diffraction-limited NIR-to-NUV wide-field imaging from stratospheric balloon-borne platforms -- SuperBIT science telescope commissioning flight & performance
在一个相当的轨道任务的总成本的一小部分，科学气球载平台，在地球大气层的99.7%以上运行，提供有吸引力的，有竞争力的，有效的观测能力-即空间一样的分辨率，传输和背景-非常适合现代天文学和宇宙学。SuperBIT是一种衍射受限的宽视场0.5米望远镜，能够利用这些观测条件，在近红外到近紫外范围内提供精致的成像。它采用了一个强大的主动稳定系统，该系统在48毫弧秒的多个1小时的观测中一直表现出1 σ的天空固定指向稳定性。这是通过一个三轴万向架平台主动跟踪复合双折射来实现的，该平台提供< 500毫角秒的天空固定望远镜稳定性并校正场旋转，同时采用高带宽的倾斜/倾斜光学器件来消除科学成像焦平面上的残余干扰。SuperBIT在2019年调试飞行期间的表现得益于定制的高保真科学望远镜，该望远镜具有出色的热稳定性和光机械稳定性，以及高速传感器和望远镜光学之间严格约束的静态和动态耦合。在目前展示的飞行性能水平上，SuperBIT的能力现在超过了宇宙学、天体物理学和恒星动力学等各种实验的科学要求。
2019-11-25 astro-ph.IM
Towards quantum-limited coherent detection of terahertz waves in charge-neutral graphene
Herschel空间天文台和平流层远红外天文台（SOFIA）在外差天文学方面取得的惊人进展主要归功于探测器技术的突破。为了充分利用未来太赫兹望远镜空间任务（如起源太空望远镜）的全部能力，需要太赫兹相干接收器的新概念，提供更大的带宽和成像能力与多像素焦平面外差阵列。在这里，我们表明，石墨烯，均匀掺杂到狄拉克点，使高灵敏度和宽带相干检测太赫兹信号。材料电阻由量子局域化主导，热弛豫由电子扩散控制，概念验证石墨烯测辐射热计的增益带宽为8 GHz，混频器噪声温度为475 K，受我们设置中残余热背景的限制。经过优化的器件将使混频器噪声温度低至36 K，增益带宽超过20 GHz，本振功率低于100 pW。结合新兴的中频量子限制放大器，我们的方法有望在太赫兹域中实现量子限制传感，有可能超越超导技术，特别是对于大型外差阵列。
2019-04-05 astro-ph.IM cond-mat.mes-hall
A new facility for airborne solar astronomy: NASA's WB-57 at the 2017 total solar eclipse
NASA的WB-57高海拔研究计划为科学研究提供了一个可部署的移动平流层平台。机载平台在日全食期间进行日冕观测特别有价值，因为它们既能跟踪月球的阴影，又能越过大部分可能干扰天文观测的大气层。我们使用2017年8月21日日食作为高空机载太阳天文学的寻路任务，使用安装在WB-57鼻锥上的现有高速可见光和近/中波红外成像套件。在本文中，我们描述了飞机，仪器和2017年的任务;操作和数据采集;以及对现有仪器套件数据质量的初步分析。我们描述的好处和技术限制，这个平台的太阳和其他天文观测。我们提出了可见光数据质量的初步分析，并讨论了限制因素，必须克服与未来的仪器。最后，我们讨论了从这次寻路任务中吸取的经验教训，以及在即将到来的日食中未来研究的前景，以及对WB-57平台未来太阳天文学和一般天文观测能力的评估。
2020-04-20 astro-ph.IM astro-ph.SR physics.plasm-ph
