2033年，NASA计划把一台望远镜送进太空，它的探测器要冷到0.1开尔文，也就是只比绝对零度高0.1℃。

宇宙空间本身的背景温度大约是2.7开尔文。换句话说，这台望远镜最核心的部件，会比它望向的那片深空还要冷得多。

这台望远镜叫PRIMA，全称是“远红外天体物理探测任务”（Probe far-Infrared Mission for Astrophysics）。NASA本周宣布，它正式进入下一阶段的研制。给它降温的那台核心制冷机，是当年建造韦布空间望远镜（JWST）时留下的一件备件。

把望远镜冻成这样，是因为它要看的光太“暖”了。

我们肉眼看到的可见光，波长不到1微米。PRIMA要看的远红外光，波长在24到235微米之间，是可见光的几十到几百倍。

任何有温度的东西都会发出红外线，人体会，桌子会，望远镜自己也会。温度越低的物体，发出的光波长越长。宇宙里那些冰冷的尘埃和气体云，发出的主要就是远红外光，而且极其微弱。

如果望远镜本身不够冷，它自己发出的红外线就会像一盏开在身边的灯，把远处的萤火完全淹没。所以PRIMA的主光学系统要冷却到4.5开尔文，大约零下268.7℃。负责接收光子的探测器更进一步，要冷到0.1开尔文。

探测器用的是一种叫动态电感探测器的超导元件。它被冷到接近绝对零度时进入超导状态，哪怕只有极少的远红外光子打上来，它的电学性质也会发生可以测量的变化。

这套系统一旦上天，有望跻身人类送入太空的最冷光学系统之列。

光是把主光学系统冷到4.5开尔文，通常就需要从头打造一台精密的低温制冷机，既费钱又费时。PRIMA的团队找到了一条捷径。韦布空间望远镜的中红外仪器当年配了一台制冷机，研制过程中留下了一台备件。PRIMA把它拿过来改造，冷却工质从常见的氦-4换成了更轻的同位素氦-3。氦-3的沸点更低，能把温度再往下压一截。

费这么大劲，是因为远红外能看到其他波段看不到的东西。

恒星和行星诞生的地方，往往裹在厚厚的尘埃里。可见光穿不透这些尘埃，尘埃吸收了新生恒星的光，再以远红外的形式放出来。想看清这些“产房”里发生了什么，远红外是最直接的办法。

按照任务科学家的规划，PRIMA要研究行星和它们的大气是怎么形成的，星系和中心的黑洞是怎样一起长大的，以及宇宙中的尘埃和金属元素在漫长时间里如何变化。NASA科学任务理事会副局长妮基·福克斯（Nicky Fox）还提到，它可能帮助人类弄清地球上的水从哪里来。

在这个波段，欧洲的赫歇尔空间望远镜曾经做出过重要发现，揭示了宇宙纤维状结构的形成过程，以及水在恒星和行星形成中扮演的角色。PRIMA将在它的基础上继续推进。它能看到的红外波长，比NASA过去和现在所有的红外望远镜都更长，其中包括斯皮策空间望远镜和韦布空间望远镜。

PRIMA的主镜直径1.8米，发射时总重不到3.4吨。它将和韦布空间望远镜一样，驻扎在距离地球约150万千米的日地第二拉格朗日点附近。那里是太阳和地球引力的一个平衡点，望远镜可以常年背对太阳和地球，把它们的光和热挡在同一侧，保持低温。

借用韦布的备件，也和这个任务本身的定位有关。PRIMA是NASA新设立的“探针级探索者”系列的第一个任务，这个系列的目标就是花更少的钱，做更多的科学。

过去，NASA的空间望远镜大体分两档。一档是“探索者”级的小任务，预算上限在数亿美元。另一档是旗舰级大望远镜，比如上个月刚刚发射的南希·格雷丝·罗曼空间望远镜，造价约43亿美元。

两档之间差距太大，很多有价值的科学目标，小任务装不下，又够不上旗舰级。一个独立科学家小组曾经建议NASA在中间增设一档，NASA为此研究了好几年方案。由于科学预算一直吃紧，直到最近，外界都不确定这档任务能不能真正启动。

PRIMA的预算上限是12亿美元，不含发射费用。

它能拿到这个名额，一定程度上是因为竞争对手先出局了。原本和它竞争首个名额的，是一台名叫AXIS的X射线望远镜。今年早些时候，NASA根据方案研究的结果判断，AXIS无法满足进度和预算要求，取消了它的资格。

AXIS的首席科学家把原因归到了NASA戈达德太空飞行中心的混乱和管理不善上，那里原本负责牵头这个任务。PRIMA的牵头单位是NASA喷气推进实验室，它的处境也不轻松，在研任务寥寥无几，还经历了几轮裁员。

大型空间望远镜往往要花几十年才能完成设计、建造和测试。罗曼空间望远镜算是例外，从获批进入研制到发射，只用了10年。PRIMA的规模和复杂程度都不如罗曼，NASA希望它7年后，也就是2033年就能发射。

眼下它刚进入研制的B阶段，还要先后通过初步设计评审和NASA总部的确认评审，才能开始组装真正要上天的硬件。

中等任务在推进，旗舰任务的难题还摆在那里。

天文学界眼下还在筹划下一个更庞大的旗舰项目——本世纪40年代发射的宜居世界天文台。那台望远镜的预算预估已经飙到了110亿美元，需要借助SpaceX的星舰这类重型运载火箭，甚至要举全美多部门乃至国际盟友之力才能启动。

但巨舰还在图纸上争吵，这台靠翻箱底捡来备用零件拼出极度深寒的先锋，已经拿到了通往发射架的通行证。

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图一：PRIMA望远镜艺术想象图，图源：NASA图二：PRIMA使用了一台改造过的韦布空间望远镜备用制冷机，图中是韦布空间望远镜中红外仪器配备的制冷机，图源：NASA/JPL-Caltech

信源：Clark, Stephen. "With PRIMA, NASA Will Try to Build a Billion-Dollar Space Telescope in Record Time." Ars Technica, 25 Sept. 2026