最遙遠的紅外天眼——回望斯皮策望遠鏡15年

語宙

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充滿希望的旅途勝過終點的到達……

跟大名鼎鼎的哈勃太空望遠鏡相比，斯皮策太空望遠鏡顯然沒那麽有名，但如果你深入了解，很可能為它打抱不平。

這隻「紅外天眼」，被譽為「最遙遠最銳利的太空望遠鏡」，其實並不誇張。如今已整整飛行15年，超期服役13年，仍然忘我工作，銳氣不減。

原本搭乘太空梭

時針轉回到15年前的今天，2003年8月25日05:35:39（國際標準時間），斯皮策望遠鏡搭乘NASA官方指定運載火箭——三角洲Ⅱ型火箭發射升空。

原本人家也是要搭乘太空梭的，就跟NASA另外三台大型軌道天文台一個待遇：哈勃太空望遠鏡（1990年搭乘發現號）、康普頓伽瑪射線天文台（1991年搭乘亞特蘭蒂斯號）、錢德拉X射線天文台（1999年搭乘哥倫比亞號）。

但看看時間點你就懂了，2003年8月25日發射斯皮策望遠鏡，就在6個月前，著名的哥倫比亞號爆炸解體了。

導致斯皮策望遠鏡是唯一沒享受過太空梭之旅的美國大型軌道天文台（又稱太空望遠鏡/太空望遠鏡）。

這個名字大有來頭

不過，斯皮策望遠鏡自己看來，這都不是事兒。自個兒最清楚自己的價值最重要。首先就是名字大有來頭。

斯皮策太空望遠鏡，就是為了紀念一位叫萊曼·斯皮策的。

他何許人也？人家可是太空望遠鏡概念的提出者，也被稱為「哈勃望遠鏡之父」（最早提出並推動立項），所以NASA以他命名，名至實歸。

其實，斯皮策還是美國著名的理論物理學家、天文學家，尤其是等離子體物理、恆星演化領域的頂尖高手。

最大發明創造就是仿星器（Stellarator），也就是最早版本的可控核聚變裝置。各大國眼下正在加油乾的各種款可控核聚變技術，其實源頭都在這兒。

未來有一天，人類果真掌握了可控核聚變技術，能源不再是什麽寶貴資源時，真得好好膜拜這位鼻祖。

為何紅外觀測很重要？

細說「紅外天眼」之前，先說說為啥要搞紅外天文觀測？

我們都知道，紅外線應用遍地都是。地球之外，太空、深空、整個宇宙，紅外線更是無處不在。不能發出可見光、卻可以發出紅外線光譜的各種宇宙暗貨，比如暗星雲、星際塵埃、褐矮星、紅移星系等等，都得靠紅外天文觀測才能探個究竟。

再有，太陽系正處在獵戶座旋臂裡面，銀河系的銀盤裡面充滿了星際塵埃和幽暗氣體，阻擋了可見光，因此在我們地球上無法直接用光學望遠鏡觀測到銀河系中心區域。

而紅外線波長要比可見光長，能夠穿透密布的星際塵埃，所以利用紅外線波段觀測就顯得非常重要，由此能我們進一步了解銀河系核心、恆星演化、系外行星等。

身懷絕技

紅外天文很重要，所以斯皮策望遠鏡更重要！能夠讓斯皮策望遠鏡看重自己的，還有一點：身價不菲——整個項目高達7.2億美元。

很顯然，身價高貴的背後絕壁是身懷絕技。

斯皮策望遠鏡主要由NASA、洛克希德·馬丁、球航天科技公司共同研製開發。

最核心的紅外探測器，還囊括了康奈爾大學、亞利桑那大學、史密森天體物理天文台、勞倫斯伯克利國家實驗室等技術力量。

看似身材矮小，貌不驚人。望遠鏡總長度不到4米，重量不足1噸（950公斤），主鏡口徑只有85厘米，但渾身都是高配，都有絕活。主鏡由稀有金屬鈹製成，充分利用鈹的優點：堅韌耐用、導熱性好、密度又低（水的1.85倍）。

我們知道，超低溫環境下，紅外線望遠鏡才能發揮更好。

儘管太空平均溫度低至零下270.3℃，但這是平均溫度！考慮到太陽光輻射、望遠鏡設備本身產生的熱量等因素，斯皮策望遠鏡體溫肯定要高一些，所以研發團隊需要給主鏡降溫，使用液態氦冷卻劑降到零下268°C（5.5K），這樣才能保證遠紅外觀測效果棒棒的。

除了主鏡之外，斯皮策望遠鏡還有三組儀器——

紅外陣列相機（IRAC），有4個攝影頭，同時可以在4個波段捕捉影像。

紅外光譜儀（IRS），包括4個模塊，分別可以在4個波段進行探測。

多頻成像光度計（MIPS），由3個探測器陣列組成，主攻遠紅外波段。

如此高配，讓斯皮策望遠鏡超越了之前的所有紅外天文觀測。

地面觀測設備自不必說，天生站位不利，因為大氣層擋住了大部分紅外波段。

即使是之前發射的紅外太空探測器（比如紅外天文衛星IRAS、紅外太空天文台ISO），也都屬於20世紀80、90年代產物，觀測技術和儀器水準遠比不上21世紀產物。後發優勢，在斯皮策望遠鏡身上體現很明顯。

於是，銳利無比的紅外天眼誕生了，產出一系列震撼人心的成果。

「斯皮策宇宙時代」

從發射至今，整整飛行15年的斯皮策太空望遠鏡，總計觀測時間超過106000小時，8000多篇學術論文引用了它的觀測數據，創下多個第一或者之最，開啟「斯皮策宇宙時代」，不斷刷新我們的宇宙視野。

▲2005年，斯皮策太空望遠鏡成為首個直接捕捉系外行星（HD 209458和bTrES-1b）的望遠鏡。

▲2008年，根據斯皮策拍攝80多萬張影像，繪製出來最大最詳細的銀河系紅外影像，也是迄今最大規模的銀河系地圖之一。

▲2009年，發現目前已知土星環的最大環（菲比環），直徑足足有土星300倍。

▲2015年，與光引力透鏡實驗(OGLE)共同發現迄今為止最遙遠的系外行星，距離地球13000光年。

▲2016年，發現已知最遙遠的星系（GN-z11），距離我們134億光年。

▲2016年，發現史上最著名的系外行星（TRAPPIST-1系統）7顆當中的5顆，其中3顆位於宜居帶。

如果還不過癮的話，現在再來看看斯皮策太空望遠鏡拍出來的宇宙神圖↓

▲這個宇宙魅影，是斯皮策太空望遠鏡拍到的第一張紅外+可見光影像。名叫象鼻星雲（IC 1396），位於仙王座，距離我們2400光年。

▲這隻宇宙巨眼，名叫螺旋星雲/旋渦星雲/菲利克斯星雲（Helix Nebula），位於寶瓶座，距離我們650光年。

▲這是仙女座星系，已經不能用巨集大來形容了。

最遙遠的天眼正在遠去

不過，紅外天眼也有遺憾事，英雄也有遠去時。

就在9年前，2009年5月15日，斯皮策望遠鏡自帶的冷卻劑用完了，遠紅外波段觀測只好停止。剛才說了，只有使用液態氦冷卻劑降到零下268°C（5.5K），才能保證遠紅外觀測效果棒棒的，而目前它的平均體溫已經升到零下243°C（30K），NASA只能乾瞪眼，束手無策。

為啥？不能修修？

太遠了！要知道，它可是遵循尾隨地球的日心軌道，而不是地心軌道，正以每年0.1個天文部門（1500萬公里）的速度，從地球軌道漂移出去。目前距離我們將近2億公里，遠遠超過其他在軌運行的太空望遠鏡，錢德拉X射線天文台13.3萬公里，赫歇爾太空天文台150萬公里，未來發射的詹姆士·韋伯太空望遠鏡也是150萬公里。

好在，斯皮策望遠鏡身上攜帶的紅外陣列相機（IRAC）擁有4個攝影頭，其中兩個至今好用，依然銳利靈敏，仍在回傳數據。

NASA目前還沒有給出它的最後期限，就連估計值都沒有。好像在說：既然已經超期服役13年，就讓這個傳奇繼續吧……

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