一路走好!在觀測了宇宙長達16年之後,斯皮策正式終結

再見,斯皮策。

美國宇航局的斯皮策太空望遠鏡已經到了生命的盡頭。它的任務是,自1998年發射以來,它一直在研究紅外物體,並且帶給我們寶貴的數據。但是有了開始就註定了結束,每一個任務都有結束的時候,萬事萬物都有終結的時候,在2020年1月30日,斯皮策關閉了。但是關於斯皮策的卻亙古流芳!

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用紅外線看世界

我們知道,紅外線是光的一種形式,很早以前,科學家們對光的本質已經思考了很長一段時間。早在古希臘,亞里士多德就對光感到好奇,他說:“光的本質是白光,顏色是由明暗混合而成的。”那是我們當時對光的理解程度。

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艾薩克·牛頓也對光感到好奇,他說“光是由有色粒子組成的”。在19世紀初,英國物理學家托馬斯·楊提供了證據,證明光的行為就像波一樣。後來麥克斯韋、愛因斯坦和其他人都對光有了深刻的思考。麥克斯韋發現光本身就是電磁波。但發現紅外線輻射的是天文學家威廉·赫歇爾,他是天王星的發現者,他開創了天文分光光度法領域。赫歇爾用稜鏡把光分開,用溫度計他發現了使物體升溫的看不見的光。

最終,科學家發現太陽發出的一半光是紅外線。很明顯,要了解我們周圍的宇宙,我們需要了解紅外光,以及它能告訴我們關於發射紅外光的物體的信息。於是紅外天文學誕生了,科學家發現所有物體都會發出某種程度的紅外輻射,在19世紀30年代,紅外天文學領域開始發展,但一開始發展緩慢。

直到20世紀初。在那時候,太空中的物體僅僅是通過紅外線觀測而被發現的。然後射電天文學在20世紀50年代和60年代開始發展,天文學家意識到,除了可見光可以告訴我們的信息以外,還有很多關於宇宙的知識需要學習。

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這是電磁頻譜,從左邊的最小能量到右邊的最大能量。我們的眼睛只能看到可見光,但多虧了偉大的天文臺,我們可以看到所有的東西。

紅外天文學之所以強大,是因為它能讓我們透過氣體和塵埃,看到類似銀河系核心這樣的地方。但是對於地面設施來說,在紅外波段進行觀測是很困難的。地球的大氣層擋住了紅外光的視線。紅外地面觀測要與包括望遠鏡本身在內的所有物體發出的熱量抗爭,難度相當大。因此軌道天文臺才是最終的解決方案,於是科學家發射了兩個:紅外天文衛星(IRAS)和紅外空間天文臺(ISO)。

1983年,英國、美國和荷蘭發射了紅外天文衛星IRAS。這是第一臺紅外太空望遠鏡,雖然成功,但它的任務只持續了10個月。紅外望遠鏡需要冷卻,十個月後IRAS的冷卻液就用完了。毫無疑問,IRAS是一個成功的任務,雖然短暫,但天文學界意識到,如果沒有一個專門的紅外天文臺,我們很難去了解更廣闊的的宇宙。IRAS對整個天空進行了4次調查,並給了我們銀河系核心的第一個圖像。

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這張全天圖像來自IRAS,綜合了其六個月的觀測數據。黑色條紋是沒有成像的區域。它顯示了銀河系的平面,星系核在中心。這些顏色是不同波長的紅外線:藍色是12微米,綠色是60微米,紅色是100微米。

隨後,歐空局於1995年發射了國際標準化組織(ISO),歷時三年。它確定了太陽系一些行星大氣中的化學成分,次外,它還發現了幾個原行星盤。

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但是顯然,這些紅外觀測並不夠,美國宇航局有一個偉大的天文臺計劃。他們計劃在1990年至2003年間發射了四個獨立的太空望遠鏡,並且成功實現了!

哈勃太空望遠鏡(HST)於1990年發射升空,主要在光學和近紫外波段進行觀測。康普頓伽馬射線天文臺(CGRO)於1991年發射,主要觀測伽馬射線和一些x射線。其任務於2000年結束。錢德拉X射線天文臺(CXO)主要觀測軟s射線,其任務正在進行中。斯皮策太空望遠鏡,空間紅外望遠鏡設施(SIRTF)是斯皮策望遠鏡的原名。

斯皮策於2003年8月25日從卡納維拉爾角用德爾塔二號火箭發射升空。它被放置在一個日心軌道,靠近地球的跟蹤軌道。

斯皮策太空望遠鏡的成就

美國宇航局的斯皮策太空望遠鏡拍攝到的第一張光照圖像是一個在可見光下不透明的暗球體內的發光恆星託兒所。這些新的圖像穿透了這些模糊區域,揭示了新的原恆星,或胚胎恆星的誕生,以及從未見過的年輕恆星,比如象鼻星雲。象鼻星雲是仙王座發射星雲IC1396中一個拉長的暗球狀體。這個球狀體距離我們2450光年,是一種凝結的緻密氣體,在附近一顆大質量恆星的強烈電離輻射下,生命幾乎無法存活。

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斯皮策讓我們認識到了一片全新的宇宙,並幫助我們理解宇宙運作、人類起源以及我們是否孤獨等方面發揮了重要作用,這座偉大的天文臺還確定了一些重要的新問題和進一步研究對象,為今後的調查描繪了一條道路。它對科學的巨大影響會持續很久,遠遠超過它的使命。

斯皮策幫助發現了圍繞著特拉普斯特一號系統的其他系外行星。在比利時天文學家小組發現了該系統的前三顆行星之後,斯皮策和其他機構的後續觀測發現了另外四顆系外行星。斯皮策太空望遠鏡也是第一個研究和描述系外行星大氣特徵的望遠鏡。斯皮策獲得了兩個不同氣體系外行星的詳細數據,稱為光譜。這些所謂的“熱木星”被稱為HD 209458b和HD 189733b,它們是由氣體構成的,但其軌道離太陽要近得多。

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斯皮策的紅外能力也能夠觀測和研究星系的演化。比如我們所認為的是一個單一的星系實際上是兩個星系。根據斯皮策的觀察,單峰星系(M104)實際上是兩個星系中的一個。它是一個圓形橢圓星系,裡面有一個扁平的圓盤。它的雙重星系性質導致它的球狀星團數量非常之多,高達2000個。

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斯皮策太空望遠鏡的成就數不勝數,它留下的數據足夠科學家研究數十年。接下來斯皮策的繼任者詹姆斯韋伯太空望遠鏡(JWST)能很快發射升空,JWST將繼續斯皮策太空望遠鏡的征程,它比斯皮策強大得多。斯皮策號可能是第一個確定系外行星大氣特徵的望遠鏡,但JWST將把這一特徵提升到下一個層次。JWST的主要目的之一是詳細研究外行星大氣的組成,尋找生命的組成部分。

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