地理观测是一项十分有难度的应战，因为大气中水汽、尘土以及折射、电磁辐射、地表光污染等多种要素都会搅扰到观测，所以才诞生了空间望远镜，把望远镜搬到天上去。国际中大大都诱人的天体底子都是从光谱中赤色区域宣布能量，陆基望远镜观测才干有限，终究地球大气层所含的水蒸气会吞噬很大一部分的红外辐射。可是发射一具空间望远镜十分贵重，哈勃望远镜在1990年代的造价是15亿美元，每年维护费用为1亿美元，并且直径2.4米的镜面还需求航天飞机才干送上轨迹，这些都添加了布置和运营本钱，不是一切国家都能接受得起。
图注：哈勃望远镜在1990年代的造价是15亿美元，由航天飞机送入轨迹
图注：在轨迹上的哈勃望远镜
NASA最先进的韦伯望远镜，造价现已打破88亿美元，现已比肩许多国家的GDP，因而空间望远镜是个烧钱的无底洞。那么有些科学家想，可以把望远镜搬到飞机上，在平流层上运转，这样就大幅度的降低了水汽、光污染等搅扰，并且费用也不高，这个方案很快得到了执行。
NASA研讨发现，假如飞翔高度到达1.2万米，可以远离水蒸气的影响。还有一个有必要考虑的影响要素是国际中存在会遮挡可见光线的巨型尘土云。尘土云对红外辐射影响为零，所以红外勘探仪可以透过尘土云，勘探云内的物质。因而把望远镜搬到地理可以进一步研讨恒星诞生进程、追寻太空有机分子的来历、彗星观测等，乃至是国际黑洞。
图注：大气湍流对地理观测的影响
图注：使用空基望远镜追寻日食是可延长观测时刻
那些会飞的望远镜
1966年，航空地理学开端鼓起，终究航空工业也逐步发展起来。行星科学家Gerard Kuiper博士在一架康维尔990型飞机（被命名为Galileo I：伽利略1号）上装置了一台30厘米望远镜，接着航空地理学的可行性被初次证明，科学家开端将红外望远镜放到飞机上。1974至1995年，柯伊伯机载地理台正式运转，一台91厘米的反射望远镜被装载在改装的C-141运送机上。柯伊伯机载地理台的观测规模很大，从银河系、黑洞到彗星、有机分子都可以观测。
图注：1947年科学家在一架B-17轰炸机中装置了望远镜，对太阳进行观测，这也是前期的夸父追日
图注：Learjet 24B飞机装置的简易望远镜
1968年，NASA在Learjet 24B飞机上装置了望远镜，飞翔高度为1.4万米，可对木星等太阳系天体进行观测。1948年，美国国家地理学会借用了两架B-29轰炸机，演出实际版的“夸父追日”，飞翔区域在红海和沙特上空，使得日食持续时刻添加了数分钟。1981年，美国宇航局改装了一架C-141运送机，搭载一台36英寸直径的反射望远镜，这台飞翔的望远镜还飞翔了冥王星的大气层，观测了天王星的环结构等，乃至对1987A超新星迸发余辉进行观测。1996年，NASA和德国一起协作，预备改装一架大型客机，装置直径2.5米的反射式红外望远镜，这便是现在最先进的飞翔望远镜：索菲亚SOFIA同温层红外地理台。
图注：C-141运送机改装的空基望远镜
索菲亚SOFIA同温层红外望远镜
SOFIA是一架由波音747SP改造而成的飞机，装载一台2.5米直径的望远镜，将被列为国际最大、敏感度最高的飞翔地理台。索菲亚地理台可以飞1.2万米至1.4万米左右的高度，这是连现在世上最先进的陆基望远镜都无法企及的飞翔高度，在这个海拔高度，索菲亚底子不遭到地球大气层水蒸气的影响。索菲亚地理台异于一般地理台，作用是使用不相同的红外光勘探星云和星系。索菲亚尽管没有装备和陆基望远镜相同的超大直径镜面，也没有像红外史匹哲太空望远镜那样直接脱离地球的大气层搅扰，但可以勘探到大部分波长的光，并对奇妙的色差进行分辩，并且可以在地球上任何一个空域飞翔，观测规模很大，还能观测到冥王星。
图注：索菲亚同温层红外望远镜，留意后舱观测门现已开打
图注：NASA两代空基望远镜，分别是索菲亚同温层红外望远镜和C-141运送机改装的空基望远镜
图注：NASA三代会飞的望远镜
索菲亚机身旁边面装置有空腔谐振器，便利望远镜对外勘探，获取最高清的红外图画。索菲亚一次航程的持续时刻是8至9小时，花费大约100万美元。坐落于美国加利福尼亚州的艾姆斯研讨中心每周2至3次科研飞翔，起飞抵达就坐落最艾姆斯研讨中心的莫菲特场，不过一年傍边有1至2个月会从南半球基地动身，偶然还会从德国等国际各地机场起飞，终究在索菲亚所含的8个首要设备中，归于德国开发的就有3个。自2010年起，SOFIA地理台就服务于太空红外勘探，估计将于20世纪30年代停止运转。
索菲亚地理台的内部进行了很多改善，取消了舷窗，操控室内陈列了可供各范畴工作人员的操控台，飞翔人员和驾驶员在飞机上层，飞机的前端则仍保存座椅，工作人员可以坐在座椅上享用飞机升降、并赏识窗外的景色，当索菲亚飞至南半球，整个机组人员就可以观赏到美丽的极光。
图注：索菲亚同温层红外望远镜的望远镜装置方位
图注：索菲亚同温层红外望远镜内部舱室区分格式
顶级地理台必定烧钱，2017年索菲亚的运转总本钱就已到达8520万美元，都可以和哈勃太空望远镜并列为美宇航局耗资最多的太空探究项目之一，德国航空航天中心也担负了索菲亚项目大约20%的本钱。正常的情况下，在望远镜踏足太空的瞬间，它的研制就此停止。可是准时下降的索菲亚地理台却需求不断晋级，添加投入。比方，2015年，德国航空航天中心对索菲亚上的GREAT设备做晋级，晋级后的索菲亚可以勘探深空中疑似参加过国际前期化学反应进程的氦氢化物分子。此前，科学家现已猜测此类分子的存在。上一年，索菲亚高分辩率机载宽带相机HAWC+问世，从此索菲亚可以对国际中的天体磁场进行成像，协助科学家进一步研讨磁场在恒星构成进程中所扮演的人物。
索菲亚的另一个优势是勘探规模，传统的望远镜有明晰的目的性的勘探波段规划，就算是强壮的詹姆斯韦伯太空望远镜，勘探规模依然十分限制。索菲亚的红外光谱仪观测波长为几微米至几百微米之间，科学家可以终究靠焚烧恒星宣布的亮堂可见光判别恒星的方位，发现国际星系、星云乃至尘土云中暗淡、低温物体，这种功用就好比人类戴着红外防护镜在夜晚观测，高精密度的索菲亚望远镜还能找到暗影和暗影之间的不同，这涉及到分子指纹技能。作为世上最大型的飞翔地理台，索菲亚的图画画质较前期进步了3倍，灵敏度也有了质的腾跃，可以在需求的时分飞到目的地对各种天体事情进行观测。
图注：索菲亚同温层红外望远镜内部结构
索菲亚机身的望远镜来历于德国先进航空航天公司Kayser-Threde GmbH和MAN Technologie的联合规划。德国宇航中心不只领导整个望远镜项目，还在整个项目的运营进程中奉献了20%的力气，所以取得索菲亚必定份额的宝贵勘探时刻。
索菲亚地理台的科学奉献
2015年夏，来自麻省理工学院的科学家Michael Person就通过索菲亚对冥王星进行勘探。该团队长时刻研讨冥王星的大气层，办法是使用凌星观测，该现象发作时，冥王星正好通过悠远的恒星，然后留下暗影。索菲亚望远镜就会凭借悠远星光穿透冥王星大气层的那个时刻点，观测冥王星周围的气体并从中提取有用信息。
图注：冥王星的图画一向十分含糊
因为凌星的暗影途经地球的道路底子都落至海上，乃至底子都不会呈现，那么会飞的望远镜优势就很显着了。索菲亚望远镜可以在太平洋上空寻觅冥王星的凌星信号，成果发现冥王星大气层两种不同的色彩，证明为冥王星的图画不明晰是因为存在霾的或许。大约两周后，美国宇航局新视野号飞抵冥王星，成果发现冥王星的轨迹图画的确含糊不清，进一步证明了是冥王星大气自身的问题。这些年，索菲亚重启了两项太空观测方案，包含由观测恒星，判别恒星风是搅扰了其他恒星的构成；探究银河系中心一块相当于4个满月巨细区域的首要成分。科学家置疑应该是存在某种物质、或许现象阻止着恒星的构成进程，科学家寄希望于索菲亚拍照的高清图画找出那个物质或现象终究是什么。鄙人一次日全食使命中，NASA拟定了长达2000多公里的飞翔方案，将再次演出实际版的“夸父追日”。
就算强壮的詹姆斯韦伯太空望远镜升空入轨，但索菲亚望远镜的互补优势使其在美宇航局地理望远镜中的位置耸峙不倒，乃至更有使用价值。索菲亚的设备对银河系可以直接进行高清扫描并绘制成图，这些图画可以进步太空望远镜的勘探功率。
