傳奇落幕——斯皮策太空望遠鏡_風聞

原作：Calla Cofield  Elizabeth Landau

翻譯：張硯斌

校對：王婧彧 王茸 尼安吉

編排：胡暖暖

後台：庫特莉亞夫卡 李子琦

原文鏈接：

https://www.nasa.gov/feature/jpl/nasa-celebrates-the-legacy-of-the-spitzer-space-telescope

NASA斯皮策太空望遠鏡的藝術渲染圖。背景以紅外光呈現。

Credit: NASA/JPL-Caltech

NASA 正在感謝大型軌道天文台計劃成員之一——斯皮策太空望遠鏡的饋贈。它已經研究紅外光波段下的宇宙超過16年了，將會在1月30日退休。

斯皮策太空望遠鏡發射於2003年，它揭示了已知宇宙天體的潛在特性並且進一步帶來了很多發現和了解——近至太陽系，遠到最近宇宙邊緣。

 “斯皮策太空望遠鏡教給了我們紅外光對於瞭解我們這個宇宙有多麼重要，不管是我們的宇宙鄰居還是距離最遠的星系,” NASA總部的天體物理學主管Paul Hertz説道，“我們以後在天體物理學各個方面取得的各種進步都是因為斯皮策太空望遠鏡的卓越成績。”

斯皮策太空望遠鏡旨在研究“極寒天體, 古老天體和塵埃物質” , 三件最易於在紅外線下被天文學家觀測到的事物。紅外光指的是在紅外光譜中波長範圍在700納米(肉眼不可見)到1毫米（大概大頭針帽長）。不同的紅外波段能夠揭示宇宙的不同特徵。比如，斯皮策太空望遠鏡能夠看到由於太冷而不能釋放太多可見光的東西，其中包括系外行星（太陽系之外的行星）， 褐矮星和被發現存在於星體之間的冷物質。

至於古老天體，斯皮策太空望遠鏡已經研究過一些迄今為止探測到的最遙遠的星系。來自於這些星系的光遨遊了數十億年才到達到我們這裏，讓科學家看到這些很久很久之前的天體。事實上，得益於斯皮策太空望遠鏡和哈勃太空望遠鏡（其主要用於觀測可見光以及比斯皮策太空望遠鏡觀測波段更短的紅外光譜）的精誠合作，有史以來觀測到的最遠的遙遠星系才能被確定以及研究。我們觀測到的來自這個星系的光是134億年前被釋放的，當時宇宙才度過不到它目前年齡的百分之五。

在2003年，斯皮策太空望遠鏡（之前是太空紅外望遠鏡設備或者SIRTF）已經準備好在卡納維拉爾角空軍基地發射Credit: NASA

此外，這兩個望遠鏡所發現的如此早期的星系要比科學家預計的要重。並且通過研究離我們比較近的星系，斯皮策太空望遠鏡已經深化了我們對於星系在宇宙一生中如何進化的理解。

斯皮策太空望遠鏡對星際塵埃的覺察也很敏鋭。星際塵埃在大多數星系中都很常見。在大量星雲中夾雜着氣體，星際塵埃能夠冷凝形成恆星，而殘留物能夠誕生行星。利用一種被稱為光譜學的技術，斯皮策太空望遠鏡能夠分析塵埃的化學成分組成以便去了解形成行星和恆星的組成物質。

在2005年，隨着NASA的深度撞擊號任務按照預期撞到坦普爾1號彗星上，這個望遠鏡分析了被激起的塵埃，提供了一系列可能在早期太陽系就已經存在的物質。更重要的是，斯皮策太空望遠鏡發現了一個之前沒有被探測到的土星環，主要構成物是一些無法被可見光探測器找到的稀疏塵埃物質。

在這張來自NASA斯皮策太空望遠鏡的圖片中，位於M81系附近壯麗的旋臂被加亮了。這個星系坐落於大熊星座北部，距離地球大概1200萬光年

Credit: NASA/JPL-Caltech

另外，一些光的紅外波段能夠穿透塵埃而可見光不能。這一特點讓斯皮策太空望遠鏡揭露那些不透明區域的秘密成為可能。

“當你整理斯皮策太空望遠鏡終其一生所做的貢獻時，不管是在太陽系內探測還沒有加長版豪華轎車大的小行星，還是去了解我們已知的距離我們最遙遠的星系，你會發現這一切是多麼的不可思議” 斯皮策太空望遠鏡項目科學家Michael Werner説道。

為了能夠深化他們的科學洞察力，斯皮策太空望遠鏡的科學家們不斷地把他們的發現和其他天文台的發現進行合併，這其中就包括大型軌道天文台計劃的其他兩位成員，哈勃天文望遠鏡和錢德拉X射線天文台。

這張來自NASA斯皮策太空望遠鏡的圖片展示了成百上千的恆星聚簇在我們銀河系的漩渦中心。在這張圖片中，古老的和冰冷的恆星是藍色的，塵埃特徵則被炎熱點亮，大量出現的恆星都是紅色的色調。

Credit: NASA/JPL-Caltech

其他世界

其中一些斯皮策太空望遠鏡偉大的科學發現，包括那些和地外行星有關的發現，並不是這個項目最初科學目的的一部分。該團隊使用了一種被稱為凌星法的技術，即觀察當行星從恆星前面經過時恆星光的減弱來證實確實有兩個地球大小的行星在TRAPPIST-1系統中存在。然後斯皮策太空望遠鏡在同一系統中發現了五顆地球大小的行星，並且為它們的密度提供了重要信息。總的來説這是目前為止在一顆恆星周圍發現的最大的一批類地行星。

作為第一批用於辨別直接來自系外星系光線的天文台成員之一，斯皮策太空望遠鏡利用同樣的能力完成了另一項“第一”：探測系外行星大氣的分子。（先前的研究已經表明在系外行星大氣中有獨特的化學成分。）並且它也提供了第一個在系外行星大氣層中的温度變化和風的測量數據。

 “在設計斯皮策太空望遠鏡的時候，科學家還沒有發現一個凌星系外行星，之後截止到斯皮策太空望遠鏡發射，我們所知道的也屈指可數，”位於加利福尼亞帕薩迪納市加州理工學院紅外數據處理分析中心，斯皮策科學中心的主管Sean Carey説道。“ 斯皮策太空望遠鏡成為如此強大的系外行星探測工具是一件很有意義的事實，尤其是有一些事情是在最初的計劃中沒有準備的。我們確實創造了很多讓我們大吃一驚的結果”

這張來自NASA斯皮策太空望遠鏡的蛇夫座暗星雲動態圖片中，新生恆星從新生塵層中悄悄向外窺視。它被天文學家稱為蛇夫座ρ暗星雲，是距離我們最近的恆星發源地之一，大約只有407光年。

Credit: NASA/JPL-Caltech

保持低温

斯皮策太空望遠鏡最主要的優勢之一是它的敏感性——也就是説，它能夠探測到一些非常微弱的紅外線來源。地球是主要的紅外輻射源頭，所以想要去看到來自地表微弱的紅外來源無異於太陽當空時去觀察星星。這就是為什麼斯皮策太空望遠鏡的設計者把他設計為第一個在地球拖尾軌道上的天體物理學天文台：遠離我們星球的熱源，斯皮策太空望遠鏡的探測器也就不需要去應付我們星球本身的紅外輻射。

不同的紅外波長能夠揭示宇宙不同的特性。一些地表望遠鏡能夠觀測到特定的紅光波長並且能夠提供一些有價值的科學見解，但是斯皮策太空望遠鏡能實現遠超地面大型望遠鏡的敏感度，它能看到更微弱的光源，比如極其遠的遙遠星系。更重要的是，它被設計用於探測被地球大氣遮擋住的紅光波長，並且對那些不能到達地球表面的波長進行可視化渲染處理。

紅外光是什麼？我們是怎麼利用它來研究宇宙的呢？紅外輻射，或叫紅外光，是一種能量形式。我們人類不能看到但是我們可以以熱的形式感受到。宇宙中的所有物體都會發射出一定程度的紅外輻射，無論是熱還是冷。製造一個像NASA的斯皮策太空望遠鏡一樣的紅外望遠鏡對於我們探測一些可能不可見的物體是很有用的。

航天器也能夠產生紅外熱量，所以斯皮策太空望遠鏡要保持足夠的低温，在低於6.15K（-267攝氏度）環境中運行。在2009年，斯皮策太空望遠鏡耗盡了它的氦冷卻劑，標誌着它的“冷任務”的結束。但是由於斯皮策太空望遠鏡距離地球有很遠的距離，這樣能夠幫助它不至於變暖很多——它依舊在29.15K（-244攝氏度）環境中運行——並且團隊成員發現他們依舊可以繼續觀察兩個紅外波長。斯皮策太空望遠鏡的“暖任務”已經持續了十年多，幾乎是它所執行的“冷任務”的兩倍長。

最初的任務計劃並沒有期待斯皮策太空望遠鏡能夠運行超過16年。這個延長的壽命促成了另外一些具有深遠意義的科學結果，但是同時也帶來了挑戰，因為飛行器飄得更遠了。

 “讓斯皮策太空望遠鏡遠離地球運行並不在計劃中，所以團隊不得不通過年復一年的調整來保證飛行器運行，” 斯皮策太空望遠鏡項目經理Joseph Hunt説道。“但是我覺得克服這個挑戰能夠給人一種在任務中的自豪感。使命與你同在。”

在2020年1月30號，工程師將會讓斯皮策太空望遠鏡退役並且停止科學行動。2016年，NASA高級評議做了一個決定，要關閉斯皮策太空望遠鏡任務。這個收尾工作最初計劃在2018年詹姆斯·韋伯太空望遠鏡發射升空之前。詹姆斯·韋伯太空望遠鏡也將開展紅外天文學任務。可是詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的發射被推遲了，也就有了斯皮策太空望遠鏡第五次同時也是最後一次延期。這次任務延期給了斯皮策太空望遠鏡額外的時間去繼續貢獻包括韋伯望遠鏡的領航任務在內的變革型科學內容。

話在最後：

祝大家春節快樂，同時請積極做好防護！

『天文時刻』 牧夫出品

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星艦軌道飛行器SN1，液氧燃料箱和火箭的頭部，圖片來自馬斯克推特。