PRIMA任务的艺术概念图。

两支潜在新太空望远镜的团队已经开始了他们的最终设计研究，他们将一决高下，看谁将成为NASA新的“探测器”级（“Probe”）任务的第一名。

PRIMA，即远红外天体物理探测任务（Probe far-Infrared Mission for Astrophysics），将研究宇宙在最长的红外波长上的情况，填补了詹姆斯·韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope，JWST）在近红外和中红外波段所能观测到的内容与射电望远镜所观测内容之间的空白。11月8日，由NASA戈达德太空飞行中心（Goddard Space Flight Center）的Jason Glenn领导，包括来自美国和欧洲的研究人员在内的国际PRIMA团队，在加利福尼亚的喷气推进实验室（Jet Propulsion Laboratory，JPL）召开了一个研讨会，启动了设计研究。

PRIMA的对手是AXIS，即高级X射线成像卫星（Advanced X-ray Imaging Satellite）。由马里兰大学的Chris Reynolds领导，AXIS的设计目的是研究JWST发现的早期宇宙中遥远星系内的黑洞，并探究活跃的黑洞和超新星爆炸如何影响周围的星系。该任务还将监测“瞬变现象（transients）”——可能来自爆炸恒星、伽马射线暴、磁性中子星上的故障或黑洞上的偶发吸积的X射线闪光。

两支团队都有到2026年的时间来陈述他们的案例，每队都被授予了500万美元的资金，而被选中的任务将在2032年发射。

PRIMA得到了德国海德堡（Heidelberg）的马克斯·普朗克天文学研究所（Max Planck Institute for Astronomy）的支持，研究人员将在那里制造任务的关键组件，包括两个高精度、主动控制的光束转向镜，称为“双轴焦平面切换器（two-axis focal-plane choppers）”。这些能够引导进入望远镜并反射在其1.8米铝镜上的光线，朝向PRIMA两个仪器中的传感器，允许在‘望远镜’视野范围内的任何部分获得高分辨率视图。

这两个仪器是PRIMA成像仪（PRIMAger）和远红外增强调查光谱仪（Far-Infrared Enhanced Survey Spectrometer，FIRESS），它们将观测波长在24至261微米之间的光（JWST能看到的最长是28.3微米，即中红外波段的远端）。PRIMA将比其前身任务——NASA的斯皮策太空望远镜（Spitzer Space Telescope）和欧洲航天局的赫歇尔太空天文台（Herschel Space Observatory）——敏感100倍，其团队声称它将能够详细测量年轻恒星周围形成行星的盘的化学成分。

由于远红外光很容易被望远镜本身的热辐射淹没，PRIMA需要被冷却到-269摄氏度（-452华氏度），这仅比绝对零度高出四度。然而，这带来了一个优势；仪器可以使用超导传感器，称为动态电感探测器（Kinetic Inductance Detectors，KIDs），它们不仅能计算单个光子，还能精确记录它们的能量和到达时间。超导体正如其名：是一种在传导电子方面特别高效的材料，利用量子效应，但为了运行，它们必须处于低温状态。

由于对NASA预算中的钱德拉X射线天文台（Chandra X-ray Observatory）的寿命存在担忧，如果钱德拉被迫关闭，AXIS将是一个及时的任务来填补任何空白。AXIS将与JWST协同工作，探测超过130亿年前存在的黑洞。另一方面，PRIMA涵盖了目前没有覆盖的波长带——远红外天文学只能在太空中进行，因为地球的热量会淹没它——它也可以与JWST协同工作，检查宇宙中的恒星和行星形成区域。NASA必须做出艰难的决定。

这两个任务的机会来自于最近的天体物理学十年调查（astrophysics decadal survey）的建议，该调查认识到，下一代“大型天文台”可能需要几十年的时间来替代哈勃、钱德拉甚至JWST。为了帮助填补这一空白，十年调查提出了一个新的中等规模任务类别，预算上限为10亿美元（不包括发射费用），可以在2030年代发射，而不需要太多的开发时间。这些就是探测器级任务（Probe-class mission），它们将创造出如果NASA将所有的精力投入到下一个像JWST这样的数十亿美元项目中可能永远不会发生的机会。

无论选择哪个任务，它都将做出宝贵的工作，并教会我们关于宇宙的新知识。