超越极限,斯皮策的15个重大发现

作者: 不二北斗

来源: https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=7221

发布日期: 2018-08-25

斯皮策空间望远镜在过去的15年间作出了多项重大发现,包括宇宙中最古老的星系、土星的新环、新生恒星等,其红外波段观测能力为天文学研究提供了重要数据。

斯皮策空间望远镜(Spitzer space telescope)于2003年8月25日成功升空,进入太阳轨道。在过去的15年间,斯皮策作出的发现远超乎当年设计者对它的期待。斯皮策不仅发现了宇宙中最古老的星系,还揭示了围绕着土星的一个新的环,更是透过重重的尘埃云,瞥见了新生的恒星。斯皮策的最初计划是要在太空进行至少2.5年的主要任务,但它的任期远远超出了预期寿命。

在过去的15年间,斯皮策经历了三个阶段的不同任务:“冷任务”(绿色)、“温任务”(橙色)和“超越阶段”(紫色)。NASA的大型轨道天文台计划旨在发射四台大型空间望远镜,在不同的波段探索宇宙。另外三台望远镜分别是哈勃空间望远镜、钱德拉X射线望远镜和康普顿伽马射线望远镜。结合来自不同望远镜的数据,科学家得以描绘一幅更加完整的宇宙图景。斯皮策主要负责红外波段的观测。

红外线通常来自于热辐射,具有多种用途,例如在地球上,人们使用的夜视仪器等设备便是基于红外线技术而得的。而在宇宙中,从恒星诞生之地的湍流云到接近地球轨道的小行星,许多现象都可以用红外线来观测。尤其是那些太暗、太远,或隐藏在太空尘埃背后的现象,只有具有红外视觉的斯皮策才有机会观测到它们。为了纪念这个特殊的日子,我们用15张图片来为大家介绍,在这15年间,斯皮策作出的15项伟大发现。

斯皮策已经发现了发生在远处太阳系的几次岩石碰撞的证据。这种类型的碰撞在我们太阳系的早期非常常见,并在行星的形成中起到了一定作用。在一系列特别的观测中,斯皮策发现了一颗年轻恒星周围的尘埃喷发,这可能是两颗较大的小行星相撞而导致的结。当喷发出现时,科学家已经在对这一系统进行观测了,这标志着科学家第一次收集到了这些尘埃喷发前后的系统的数据。斯皮策是第一个对系外行星进行直接观测的望远镜。

在它之前,我们只是间接地观测过系外行星。这一成就开启了系外行星科学的新纪元,并为在岩石系外行星上探索生命迹象的旅程,记录下了一个重要的里程碑。2005年发布的两项研究报告称,斯皮策直接观测到了两颗先前就已探测到的“热木星”行星(HD209458b和TrES-r1)发出的热红外辉光。在前文中我们就已经提到过热木星,它们是类似于木星或土星的气态巨行星,其位置非常靠近母恒星。

从它们所在的温暖轨道上,它们吸收了充足的星光,在红外波长下释放出明亮的光芒。斯皮策望远镜的红外波段视力,既能让它能够研究一些最遥远的天体,也能用来研究离地球非常近的小天体。特别值得一提的是,斯皮策已帮助科学家识别并研究了许多近地小行星。NASA对这些天体进行了监测,以确保它们不会与我们的地球发生相撞。斯皮策望远镜对于描述这些近地小行星的真实大小非常有用,因为它能直接探测到从小行星辐射出的红外光。

相比之下,小行星并不能发出可见光,只能反射太阳光;因此,可见光或许能显示小行星的反射率,但不一定能显示它们的大小。斯皮策已被用来研究许多宽度小于100米的近地小行星。2013年,科学家结合了斯皮策望远镜在10年间拍摄到的超过200万张的图像,制作出了迄今为止最广的银河系地图。

对银河系进行观测着实是一项挑战,如前文所提到的那样:尘埃会阻挡可见光,使得银河系的整个区域都被遮盖了;而红外光能比可见光更好地穿透尘埃区域,从而揭示星系中被隐藏的部分。对斯皮策的数据进行研究,科学家得以更好地绘制银河系的螺旋结构和它中心的“棒”。在斯皮策的帮助下,科学家发现了新的遥远的恒星形成区域,并揭示了星系中所拥有的碳要比预期的更多。斯皮策对一些早期形成的星系的研究也做出了重大贡献。

这些星系发出的光需要经数十亿年才能抵达地球,因此科学家看到的是它们数十亿年前的样子。由斯皮策所观测到最遥远的星系发出的光,大约来自134亿年前,离宇宙诞生后不到4亿年。在这一研究领域中,最令人惊讶的发现之一是探测到了“大婴儿”星系,它们是那些比科学家认为的早期形成星系更大、更成熟的星系。科学家认为,现在那些较大的星系都是由更小的星系逐渐合并而形成的。

而“大婴儿”星系表明的是,在宇宙历史的早期,就已经有大量的恒星聚集在一起了。距离地球40光年之外,有一颗昏暗、矮小的恒星,名为TRAPPIST-1。围绕着这颗恒星公转的是七颗与地球大小相当的行星,令人惊喜的是,其中有三颗位于这颗恒星的“宜居带”——那里的温度可能恰好适合支撑行星表面的液态水。这一发现标志着寻找系外生命的重要一步。

科学家们用斯皮策望远镜观察了TRAPPIST-1系统超过500小时,以确定有多少颗行星在围绕着恒星运行。斯皮策的红外视觉对于研究比太阳温度低得多的TRAPPIST-1恒星来说非常理想。当七颗行星从恒星面前经过时,科学家观察到了恒星光线的微弱下降。斯皮策的观测也让科学家得以了解这些行星的大小和质量,这或许可用来缩小行星的组成范围。斯皮策望远镜已在太空中为我们提供数据长达15年之久。

全世界,成千上万的科学家在他们的研究中使用了斯皮策的数据,8000多篇发表的论文引用过斯皮策数据。它为天文探索提供重要的科学与技术基石,它为现代天文学带来了很多很多……因此今天,让我们祝斯皮策空间望远镜15岁生日快乐吧!

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