传奇落幕——斯皮策太空望远镜_风闻

原作：Calla Cofield  Elizabeth Landau

翻译：张砚斌

校对：王婧彧 王茸 尼安吉

编排：胡暖暖

后台：库特莉亚夫卡 李子琦

原文链接：

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

NASA斯皮策太空望远镜的艺术渲染图。背景以红外光呈现。

Credit: NASA/JPL-Caltech

NASA 正在感谢大型轨道天文台计划成员之一——斯皮策太空望远镜的馈赠。它已经研究红外光波段下的宇宙超过16年了，将会在1月30日退休。

斯皮策太空望远镜发射于2003年，它揭示了已知宇宙天体的潜在特性并且进一步带来了很多发现和了解——近至太阳系，远到最近宇宙边缘。

 “斯皮策太空望远镜教给了我们红外光对于了解我们这个宇宙有多么重要，不管是我们的宇宙邻居还是距离最远的星系,” NASA总部的天体物理学主管Paul Hertz说道，“我们以后在天体物理学各个方面取得的各种进步都是因为斯皮策太空望远镜的卓越成绩。”

斯皮策太空望远镜旨在研究“极寒天体, 古老天体和尘埃物质” , 三件最易于在红外线下被天文学家观测到的事物。红外光指的是在红外光谱中波长范围在700纳米(肉眼不可见)到1毫米（大概大头针帽长）。不同的红外波段能够揭示宇宙的不同特征。比如，斯皮策太空望远镜能够看到由于太冷而不能释放太多可见光的东西，其中包括系外行星（太阳系之外的行星）， 褐矮星和被发现存在于星体之间的冷物质。

至于古老天体，斯皮策太空望远镜已经研究过一些迄今为止探测到的最遥远的星系。来自于这些星系的光遨游了数十亿年才到达到我们这里，让科学家看到这些很久很久之前的天体。事实上，得益于斯皮策太空望远镜和哈勃太空望远镜（其主要用于观测可见光以及比斯皮策太空望远镜观测波段更短的红外光谱）的精诚合作，有史以来观测到的最远的遥远星系才能被确定以及研究。我们观测到的来自这个星系的光是134亿年前被释放的，当时宇宙才度过不到它目前年龄的百分之五。

在2003年，斯皮策太空望远镜（之前是太空红外望远镜设备或者SIRTF）已经准备好在卡纳维拉尔角空军基地发射Credit: NASA

此外，这两个望远镜所发现的如此早期的星系要比科学家预计的要重。并且通过研究离我们比较近的星系，斯皮策太空望远镜已经深化了我们对于星系在宇宙一生中如何进化的理解。

斯皮策太空望远镜对星际尘埃的觉察也很敏锐。星际尘埃在大多数星系中都很常见。在大量星云中夹杂着气体，星际尘埃能够冷凝形成恒星，而残留物能够诞生行星。利用一种被称为光谱学的技术，斯皮策太空望远镜能够分析尘埃的化学成分组成以便去了解形成行星和恒星的组成物质。

在2005年，随着NASA的深度撞击号任务按照预期撞到坦普尔1号彗星上，这个望远镜分析了被激起的尘埃，提供了一系列可能在早期太阳系就已经存在的物质。更重要的是，斯皮策太空望远镜发现了一个之前没有被探测到的土星环，主要构成物是一些无法被可见光探测器找到的稀疏尘埃物质。

在这张来自NASA斯皮策太空望远镜的图片中，位于M81系附近壮丽的旋臂被加亮了。这个星系坐落于大熊星座北部，距离地球大概1200万光年

Credit: NASA/JPL-Caltech

另外，一些光的红外波段能够穿透尘埃而可见光不能。这一特点让斯皮策太空望远镜揭露那些不透明区域的秘密成为可能。

“当你整理斯皮策太空望远镜终其一生所做的贡献时，不管是在太阳系内探测还没有加长版豪华轿车大的小行星，还是去了解我们已知的距离我们最遥远的星系，你会发现这一切是多么的不可思议” 斯皮策太空望远镜项目科学家Michael Werner说道。

为了能够深化他们的科学洞察力，斯皮策太空望远镜的科学家们不断地把他们的发现和其他天文台的发现进行合并，这其中就包括大型轨道天文台计划的其他两位成员，哈勃天文望远镜和钱德拉X射线天文台。

这张来自NASA斯皮策太空望远镜的图片展示了成百上千的恒星聚簇在我们银河系的漩涡中心。在这张图片中，古老的和冰冷的恒星是蓝色的，尘埃特征则被炎热点亮，大量出现的恒星都是红色的色调。

Credit: NASA/JPL-Caltech

其他世界

其中一些斯皮策太空望远镜伟大的科学发现，包括那些和地外行星有关的发现，并不是这个项目最初科学目的的一部分。该团队使用了一种被称为凌星法的技术，即观察当行星从恒星前面经过时恒星光的减弱来证实确实有两个地球大小的行星在TRAPPIST-1系统中存在。然后斯皮策太空望远镜在同一系统中发现了五颗地球大小的行星，并且为它们的密度提供了重要信息。总的来说这是目前为止在一颗恒星周围发现的最大的一批类地行星。

作为第一批用于辨别直接来自系外星系光线的天文台成员之一，斯皮策太空望远镜利用同样的能力完成了另一项“第一”：探测系外行星大气的分子。（先前的研究已经表明在系外行星大气中有独特的化学成分。）并且它也提供了第一个在系外行星大气层中的温度变化和风的测量数据。

 “在设计斯皮策太空望远镜的时候，科学家还没有发现一个凌星系外行星，之后截止到斯皮策太空望远镜发射，我们所知道的也屈指可数，”位于加利福尼亚帕萨迪纳市加州理工学院红外数据处理分析中心，斯皮策科学中心的主管Sean Carey说道。“ 斯皮策太空望远镜成为如此强大的系外行星探测工具是一件很有意义的事实，尤其是有一些事情是在最初的计划中没有准备的。我们确实创造了很多让我们大吃一惊的结果”

这张来自NASA斯皮策太空望远镜的蛇夫座暗星云动态图片中，新生恒星从新生尘层中悄悄向外窥视。它被天文学家称为蛇夫座ρ暗星云，是距离我们最近的恒星发源地之一，大约只有407光年。

Credit: NASA/JPL-Caltech

保持低温

斯皮策太空望远镜最主要的优势之一是它的敏感性——也就是说，它能够探测到一些非常微弱的红外线来源。地球是主要的红外辐射源头，所以想要去看到来自地表微弱的红外来源无异于太阳当空时去观察星星。这就是为什么斯皮策太空望远镜的设计者把他设计为第一个在地球拖尾轨道上的天体物理学天文台：远离我们星球的热源，斯皮策太空望远镜的探测器也就不需要去应付我们星球本身的红外辐射。

不同的红外波长能够揭示宇宙不同的特性。一些地表望远镜能够观测到特定的红光波长并且能够提供一些有价值的科学见解，但是斯皮策太空望远镜能实现远超地面大型望远镜的敏感度，它能看到更微弱的光源，比如极其远的遥远星系。更重要的是，它被设计用于探测被地球大气遮挡住的红光波长，并且对那些不能到达地球表面的波长进行可视化渲染处理。

红外光是什么？我们是怎么利用它来研究宇宙的呢？红外辐射，或叫红外光，是一种能量形式。我们人类不能看到但是我们可以以热的形式感受到。宇宙中的所有物体都会发射出一定程度的红外辐射，无论是热还是冷。制造一个像NASA的斯皮策太空望远镜一样的红外望远镜对于我们探测一些可能不可见的物体是很有用的。

航天器也能够产生红外热量，所以斯皮策太空望远镜要保持足够的低温，在低于6.15K（-267摄氏度）环境中运行。在2009年，斯皮策太空望远镜耗尽了它的氦冷却剂，标志着它的“冷任务”的结束。但是由于斯皮策太空望远镜距离地球有很远的距离，这样能够帮助它不至于变暖很多——它依旧在29.15K（-244摄氏度）环境中运行——并且团队成员发现他们依旧可以继续观察两个红外波长。斯皮策太空望远镜的“暖任务”已经持续了十年多，几乎是它所执行的“冷任务”的两倍长。

最初的任务计划并没有期待斯皮策太空望远镜能够运行超过16年。这个延长的寿命促成了另外一些具有深远意义的科学结果，但是同时也带来了挑战，因为飞行器飘得更远了。

 “让斯皮策太空望远镜远离地球运行并不在计划中，所以团队不得不通过年复一年的调整来保证飞行器运行，” 斯皮策太空望远镜项目经理Joseph Hunt说道。“但是我觉得克服这个挑战能够给人一种在任务中的自豪感。使命与你同在。”

在2020年1月30号，工程师将会让斯皮策太空望远镜退役并且停止科学行动。2016年，NASA高级评议做了一个决定，要关闭斯皮策太空望远镜任务。这个收尾工作最初计划在2018年詹姆斯·韦伯太空望远镜发射升空之前。詹姆斯·韦伯太空望远镜也将开展红外天文学任务。可是詹姆斯·韦伯太空望远镜的发射被推迟了，也就有了斯皮策太空望远镜第五次同时也是最后一次延期。这次任务延期给了斯皮策太空望远镜额外的时间去继续贡献包括韦伯望远镜的领航任务在内的变革型科学内容。

话在最后：

祝大家春节快乐，同时请积极做好防护！

『天文时刻』 牧夫出品

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星舰轨道飞行器SN1，液氧燃料箱和火箭的头部，图片来自马斯克推特。