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[導(dǎo)讀]在未知迷霧里探索了 16 余年的“行星獵人”,留下了最后一張作品。 當(dāng)?shù)貢r(shí)間 2020 年 3 月 17 日,美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)公布了斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡(Spitzer Space Tele

在未知迷霧里探索了 16 余年的“行星獵人”,留下了最后一張作品。

當(dāng)?shù)貢r(shí)間 2020 年 3 月 17 日,美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)公布了斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡(Spitzer Space Telescope,SST)在退役前捕獲到的最后一張鑲嵌圖。

作為 NASA 發(fā)射的四大太空望遠(yuǎn)鏡之一,斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡于 2003 年 8 月 25 日發(fā)射,2020 年 1 月 25 日最后拍到了加州星云(California Nebula)圖像,最終于 2020 年 1 月 30 日正式退役。

加州星云:最好的致敬

實(shí)際上,宇宙中除了行星、彗星以外的幾乎所有延展型天體都屬于星云(Nebula),由氣體和塵埃組成。根據(jù)發(fā)光性質(zhì),星云可劃分為發(fā)光氣體云、發(fā)射星云、反射星云及暗星云。

其中,「發(fā)射星云」(Emission nebula)其實(shí)可以簡(jiǎn)單理解為由星際氣體組成的、會(huì)發(fā)光的云。發(fā)射星云附近的恒星發(fā)出的紫外線會(huì)電離星云內(nèi)的氫氣(HⅡ regions)等,令其發(fā)光—;—;星云的顏色取決于具體的化學(xué)組成和被游離的量,由于在星際間的氣體絕大部分都是只要較低能量就能游離的氫,所以不少發(fā)射星云都呈紅色。如果有更高的能量電離其他元素,那么綠色、藍(lán)色都可能出現(xiàn)。

而斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡最后捕獲到的「加州星云」便是一種發(fā)射星云。

長(zhǎng)約 100 光年的加州星云因與美國(guó)加州的外觀相似而得名,又名 NGC 1499,和太陽(yáng)一樣位于銀河系獵戶臂內(nèi),二者相距 1500 光年。

據(jù)此前曾拍攝到的圖像(如上圖)顯示,加州星云帶有明顯的紅色光芒,這是氫原子被電離掉一個(gè)電子之后,又再次“失而復(fù)得”,從而輻射出來(lái)的光。

而在斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡拍攝到的加州星云圖像中,兩側(cè)的紅色和藍(lán)色帶代表兩種不同波長(zhǎng)的光,而灰色區(qū)域顯示了兩種波長(zhǎng)。

值得一提的是,斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡共同隸屬于美國(guó)宇航局和加州理工學(xué)院,主要由加州理工學(xué)院斯皮策科學(xué)中心管理運(yùn)營(yíng),其數(shù)據(jù)存檔在加州理工學(xué)院 IPAC 的紅外科學(xué)檔案館,因此,其職業(yè)生涯中捕獲到的最后一張加州星云圖,無(wú)疑是對(duì)其團(tuán)隊(duì)的最好致敬。


【斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡工程團(tuán)隊(duì)】

斯皮策:與眾不同的紅外天眼

斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡,以太空望遠(yuǎn)鏡概念的提出者、可控核聚變?cè)O(shè)備仿星器(stellarator)發(fā)明者、美國(guó)天文學(xué)家、理論物理學(xué)家萊曼·斯皮策(Lyman Spitzer, Jr.)的名字命名。

但實(shí)際上,萊曼·斯皮策的名字卻常常與 NASA 的另一架望遠(yuǎn)鏡哈勃空間望遠(yuǎn)鏡(Hubble Space Telescope,HST)同時(shí)出現(xiàn)在大眾視野,一生以以空間望遠(yuǎn)鏡為事業(yè)的萊曼·斯皮策甚至被稱為“哈勃望遠(yuǎn)鏡之父”:

1946 年,萊曼·斯皮策在一篇題為《在地球之外的天文觀測(cè)優(yōu)勢(shì)》的論文中明確提出把望遠(yuǎn)鏡放入太空以消除地球大氣層遮蔽效應(yīng)的建議,這可以說(shuō)是哈勃空間望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)方案的最初構(gòu)想。

1962 年,美國(guó)國(guó)家科學(xué)院在一份報(bào)告中推薦將空間望遠(yuǎn)鏡做為未來(lái)太空計(jì)劃的一部分,隨后在 1965 年,美國(guó)建立了一個(gè)旨在建造空間望遠(yuǎn)鏡的科學(xué)委員會(huì),萊曼·斯皮策被任命為主任委員;

1980 年初,不久后將要發(fā)射的空間望遠(yuǎn)鏡被命名為哈勃,以紀(jì)念 20 世紀(jì)初期發(fā)現(xiàn)宇宙膨脹的天文學(xué)家艾德溫·哈勃;

1990 年 4 月 24 日,哈勃空間望遠(yuǎn)鏡發(fā)射。

雷鋒網(wǎng)了解到,不斷刷新人類對(duì)宇宙的認(rèn)知的,除了大名鼎鼎的哈勃空間望遠(yuǎn)鏡,NASA 發(fā)射的斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡、康普頓太空望遠(yuǎn)鏡和錢德拉 X 射線太空望遠(yuǎn)鏡也同樣功不可沒(méi),他們甚至被稱為太空望遠(yuǎn)鏡中的“四大天王”。

其中,斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡的與眾不同,也許從出場(chǎng)方式開(kāi)始就有所顯現(xiàn):

哈勃太空望遠(yuǎn)鏡:1990 年被發(fā)現(xiàn)號(hào)航天飛機(jī)送上太空;

康普頓太空望遠(yuǎn)鏡:1991 年被亞特蘭蒂斯號(hào)航天飛機(jī)送上太空;

錢德拉 X 射線太空望遠(yuǎn)鏡:1999 年被哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)送上太空;

斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡:原本要搭載升空的哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)于 2003 年 2 月 1 日在美國(guó)得克薩斯州北部上空解體墜毀,7 名宇航員全部遇難,因此于同年 8 月發(fā)射的斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡并未搭載任何航天飛機(jī)。

值得一提的是,其運(yùn)行軌道非常獨(dú)特,始終位于地球背面,與地球保持同樣的角速度繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)。這一巧妙的設(shè)計(jì)使得該望遠(yuǎn)鏡免受太陽(yáng)直射,相當(dāng)于為望遠(yuǎn)鏡提供了一個(gè)天然冷卻源,從而少攜帶一些液氦,不僅減輕了自重,也節(jié)省了成本。

此外,斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡總長(zhǎng)約 4.45 米,重量為 950 千克,主鏡口徑 85 厘米,包括 3 臺(tái)觀測(cè)儀器:

紅外陣列相機(jī)(IRAC),大小為 256 x 256 像素,在 3.6、4.5、5.8、8 微米四個(gè)波段工作;

紅外攝譜儀(IRS),由 4 個(gè)模塊組成,分別工作在 5.3-14 微米(低分辨率)、10-19.5 微米(高分辨率)、14-40 微米(低分辨率)、19-37 微米(高分辨率);

多波段成像光度計(jì)(MIPS),在遠(yuǎn)紅外波段工作,由 3 個(gè)探測(cè)器陣列組成,大小分別為 128×128 像素(24 微米)、32×32 像素(70 微米)、2×20 像素(160 微米)。

根據(jù)上述配置不難看出,斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡的最大特點(diǎn)便是「紅外觀測(cè)」。

實(shí)際上,向太空發(fā)射紅外觀測(cè)望遠(yuǎn)鏡,對(duì)進(jìn)一步了解銀河系核心、恒星演化、系外行星等意義非凡。

一方面,不少天體(如暗星云、星際塵埃、褐矮星、紅移星系)不能發(fā)出可見(jiàn)光、只能發(fā)出紅外線光譜,只能靠紅外天文觀測(cè);另一方面,由于星際塵埃、氣體等對(duì)可見(jiàn)光的阻擋,地球上無(wú)法直接觀測(cè)到銀河系中心區(qū)域。

斯皮策退役背后

原本計(jì)劃執(zhí)行至少 2.5 年主要任務(wù)的斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡,最終運(yùn)行時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了其設(shè)計(jì)壽命。

由此可見(jiàn),NASA 宣布斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡退役,其實(shí)也在情理之中。

據(jù)悉,2009 年 5 月 15 日,斯皮策望遠(yuǎn)鏡自帶的冷卻劑耗盡,遠(yuǎn)紅外波段觀測(cè)因此停止。這是由于,只有在溫度低于零下 268°C(5.5K)時(shí),遠(yuǎn)紅外觀測(cè)效果才最佳。

面對(duì)這一問(wèn)題,NASA 和加州理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)實(shí)際上也無(wú)可奈何—;—;斯皮策望遠(yuǎn)鏡處于一個(gè)環(huán)日軌道上,由地球引力牽引,以每年 0.1 個(gè)天文單位(1500 萬(wàn)公里)的速度遠(yuǎn)離地球,好在其紅外陣列相機(jī)的 4 個(gè)攝像頭中還剩 2 個(gè)可以準(zhǔn)確捕獲圖像并精準(zhǔn)傳回。

實(shí)際上,NASA 也曾官方回應(yīng)過(guò)斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡退役的原因:

斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡繞太陽(yáng)運(yùn)行的軌道跟地球相似,不過(guò)運(yùn)行速度略慢一些。目前(2019 年 6 月)它在地球后面大約 2.54 億公里的地方運(yùn)行,是地球跟月球距離的 600 多倍。這個(gè)距離,再加上它的軌道曲線,意味著當(dāng)望遠(yuǎn)鏡將固定天線指向地球下載數(shù)據(jù)或接收指令時(shí),它的太陽(yáng)能電池板就會(huì)遠(yuǎn)離太陽(yáng)。在這段時(shí)間里,望遠(yuǎn)鏡必須依靠太陽(yáng)能和電池的結(jié)合才能運(yùn)行。也就是說(shuō),如果不是因?yàn)橥h(yuǎn)鏡和地球之間的距離持續(xù)增長(zhǎng),繼續(xù)運(yùn)行并不成什么問(wèn)題。

不過(guò),雖然斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡的使命結(jié)束了,但它為預(yù)計(jì)于 2021 年 3 月發(fā)射的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)任務(wù)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

斯皮策宇宙時(shí)代:宏大而又絢麗

相比于哈勃望遠(yuǎn)鏡,斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡雖默默無(wú)聞,但作為人類送入太空的最大紅外望遠(yuǎn)鏡、大型軌道天文臺(tái)計(jì)劃的最后一臺(tái)空間望遠(yuǎn)鏡,的確也是碩果累累。

最后,讓我們來(lái)欣賞一組「斯皮策時(shí)代」那些撼動(dòng)人心的作品。

銀河系中最大的超新星遺跡之一。

“宇宙巨眼”螺旋星云。

第一次直接觀測(cè)到系外行星。

探測(cè)到了最遠(yuǎn)的行星,距離地球約 13000 光年。

距離土星約 600 萬(wàn)千米的土星環(huán)。

首次在一顆瀕臨死亡的恒星周圍,發(fā)現(xiàn)了巴基球。

首次識(shí)別了系外行星大氣分子成分。

迄今兩個(gè)最遙遠(yuǎn)的超大質(zhì)量黑洞,距離我們約 130 億光年。

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