一路走好!在观测了宇宙长达16年之后,斯皮策正式终结

再见,斯皮策。

美国宇航局的斯皮策太空望远镜已经到了生命的尽头。它的任务是,自1998年发射以来,它一直在研究红外物体,并且带给我们宝贵的数据。但是有了开始就注定了结束,每一个任务都有结束的时候,万事万物都有终结的时候,在2020年1月30日,斯皮策关闭了。但是关于斯皮策的却亘古流芳!

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用红外线看世界

我们知道,红外线是光的一种形式,很早以前,科学家们对光的本质已经思考了很长一段时间。早在古希腊,亚里士多德就对光感到好奇,他说:“光的本质是白光,颜色是由明暗混合而成的。”那是我们当时对光的理解程度。

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艾萨克·牛顿也对光感到好奇,他说“光是由有色粒子组成的”。在19世纪初,英国物理学家托马斯·杨提供了证据,证明光的行为就像波一样。后来麦克斯韦、爱因斯坦和其他人都对光有了深刻的思考。麦克斯韦发现光本身就是电磁波。但发现红外线辐射的是天文学家威廉·赫歇尔,他是天王星的发现者,他开创了天文分光光度法领域。赫歇尔用棱镜把光分开,用温度计他发现了使物体升温的看不见的光。

最终,科学家发现太阳发出的一半光是红外线。很明显,要了解我们周围的宇宙,我们需要了解红外光,以及它能告诉我们关于发射红外光的物体的信息。于是红外天文学诞生了,科学家发现所有物体都会发出某种程度的红外辐射,在19世纪30年代,红外天文学领域开始发展,但一开始发展缓慢。

直到20世纪初。在那时候,太空中的物体仅仅是通过红外线观测而被发现的。然后射电天文学在20世纪50年代和60年代开始发展,天文学家意识到,除了可见光可以告诉我们的信息以外,还有很多关于宇宙的知识需要学习。

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这是电磁频谱,从左边的最小能量到右边的最大能量。我们的眼睛只能看到可见光,但多亏了伟大的天文台,我们可以看到所有的东西。

红外天文学之所以强大,是因为它能让我们透过气体和尘埃,看到类似银河系核心这样的地方。但是对于地面设施来说,在红外波段进行观测是很困难的。地球的大气层挡住了红外光的视线。红外地面观测要与包括望远镜本身在内的所有物体发出的热量抗争,难度相当大。因此轨道天文台才是最终的解决方案,于是科学家发射了两个:红外天文卫星(IRAS)和红外空间天文台(ISO)。

1983年,英国、美国和荷兰发射了红外天文卫星IRAS。这是第一台红外太空望远镜,虽然成功,但它的任务只持续了10个月。红外望远镜需要冷却,十个月后IRAS的冷却液就用完了。毫无疑问,IRAS是一个成功的任务,虽然短暂,但天文学界意识到,如果没有一个专门的红外天文台,我们很难去了解更广阔的的宇宙。IRAS对整个天空进行了4次调查,并给了我们银河系核心的第一个图像。

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这张全天图像来自IRAS,综合了其六个月的观测数据。黑色条纹是没有成像的区域。它显示了银河系的平面,星系核在中心。这些颜色是不同波长的红外线:蓝色是12微米,绿色是60微米,红色是100微米。

随后,欧空局于1995年发射了国际标准化组织(ISO),历时三年。它确定了太阳系一些行星大气中的化学成分,次外,它还发现了几个原行星盘。

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但是显然,这些红外观测并不够,美国宇航局有一个伟大的天文台计划。他们计划在1990年至2003年间发射了四个独立的太空望远镜,并且成功实现了!

哈勃太空望远镜(HST)于1990年发射升空,主要在光学和近紫外波段进行观测。康普顿伽马射线天文台(CGRO)于1991年发射,主要观测伽马射线和一些x射线。其任务于2000年结束。钱德拉X射线天文台(CXO)主要观测软s射线,其任务正在进行中。斯皮策太空望远镜,空间红外望远镜设施(SIRTF)是斯皮策望远镜的原名。

斯皮策于2003年8月25日从卡纳维拉尔角用德尔塔二号火箭发射升空。它被放置在一个日心轨道,靠近地球的跟踪轨道。

斯皮策太空望远镜的成就

美国宇航局的斯皮策太空望远镜拍摄到的第一张光照图像是一个在可见光下不透明的暗球体内的发光恒星托儿所。这些新的图像穿透了这些模糊区域,揭示了新的原恒星,或胚胎恒星的诞生,以及从未见过的年轻恒星,比如象鼻星云。象鼻星云是仙王座发射星云IC1396中一个拉长的暗球状体。这个球状体距离我们2450光年,是一种凝结的致密气体,在附近一颗大质量恒星的强烈电离辐射下,生命几乎无法存活。

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斯皮策让我们认识到了一片全新的宇宙,并帮助我们理解宇宙运作、人类起源以及我们是否孤独等方面发挥了重要作用,这座伟大的天文台还确定了一些重要的新问题和进一步研究对象,为今后的调查描绘了一条道路。它对科学的巨大影响会持续很久,远远超过它的使命。

斯皮策帮助发现了围绕着特拉普斯特一号系统的其他系外行星。在比利时天文学家小组发现了该系统的前三颗行星之后,斯皮策和其他机构的后续观测发现了另外四颗系外行星。斯皮策太空望远镜也是第一个研究和描述系外行星大气特征的望远镜。斯皮策获得了两个不同气体系外行星的详细数据,称为光谱。这些所谓的“热木星”被称为HD 209458b和HD 189733b,它们是由气体构成的,但其轨道离太阳要近得多。

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斯皮策的红外能力也能够观测和研究星系的演化。比如我们所认为的是一个单一的星系实际上是两个星系。根据斯皮策的观察,单峰星系(M104)实际上是两个星系中的一个。它是一个圆形椭圆星系,里面有一个扁平的圆盘。它的双重星系性质导致它的球状星团数量非常之多,高达2000个。

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斯皮策太空望远镜的成就数不胜数,它留下的数据足够科学家研究数十年。接下来斯皮策的继任者詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)能很快发射升空,JWST将继续斯皮策太空望远镜的征程,它比斯皮策强大得多。斯皮策号可能是第一个确定系外行星大气特征的望远镜,但JWST将把这一特征提升到下一个层次。JWST的主要目的之一是详细研究外行星大气的组成,寻找生命的组成部分。

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