[科普中國]-斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡

主要特點(diǎn)

SST采用低溫望遠(yuǎn)鏡組裝的方法，把望遠(yuǎn)鏡、終端設(shè)備、裝有液氦的低溫恒溫器放置在一個(gè)保護(hù)層里，使得望遠(yuǎn)鏡和終端設(shè)備（包括照相機(jī)和攝譜儀） 都維持在極低溫，其中望遠(yuǎn)鏡的溫度為-268℃，終端設(shè)備的溫度為-272℃，這種極低溫使得電子探測器在紅外波段就可以達(dá)到它們的最大靈敏度。同時(shí)，SST 所采用的新技術(shù)也使得它與會干擾觀測的外界熱源隔絕開來。例如，SST 裝在一側(cè)的太陽能電池板和防護(hù)罩總是對準(zhǔn)太陽的， 保證望遠(yuǎn)鏡時(shí)刻都在陰影之中。SST尾隨地球的軌道也使得它與地球散發(fā)出的熱量保持了一定的距離。3

SST的軌道十分奇特，它與地球保持同樣的角速度圍繞太陽旋轉(zhuǎn)，使其免受太陽的直接照射，等于給望遠(yuǎn)鏡提供了一個(gè)天然的冷卻源，使得望遠(yuǎn)鏡可以少攜帶一些液氦，不僅減輕了望遠(yuǎn)鏡自身的重量，同時(shí)也節(jié)省了資金。

SST的紅外探測靈敏度極高，波長在3～180微米之間的紅外輻射都能盡收“眼”底。而這個(gè)波段范圍內(nèi)的輻射抵達(dá)地面時(shí)會被地球大氣層阻擋，對其進(jìn)行地面觀測幾乎不可能。所以，SST能探測到宇宙中那些難以感知到的天體．例如一些黯淡的小型恒星。2

主要性能參數(shù)SST總長約4.45m2，質(zhì)量950kg，為了減小地球紅外輻射對其紅外探測的影響，采用了獨(dú)特的地球拖曳太陽軌道，即在日地連線之外繞太陽運(yùn)行，并以每年約0.1個(gè)天文單位的速度遠(yuǎn)離地球，在5年設(shè)計(jì)壽命末期，距離地球約0.6個(gè)天文單位。1

SST的低溫主鏡口徑為85cm，制造材料為鈹。望遠(yuǎn)鏡工作在波長為3~180μm的紅外波段。望遠(yuǎn)鏡還有3臺低溫致冷科學(xué)觀測儀器，分別為：紅外陣列相機(jī)（像素為256×256）、紅外光譜儀和多波段成像光度汁（由3個(gè)探測器陣列組成）。為避免望遠(yuǎn)鏡本身發(fā)出的紅外線干擾，主鏡溫度致冷到5.5K。望遠(yuǎn)鏡本體還裝有一個(gè)保護(hù)罩，以避免受到太陽和地球發(fā)出的紅外線干擾。1

科學(xué)作用斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡可以幫助我們研究太陽系之外的行星。這也是天文學(xué)家多年以來持之以恒的一個(gè)努力方向。行星的光芒會被恒星的光芒淹沒，所以在光波段很難發(fā)現(xiàn)它們：而在紅外波段，恒星和行星的光譜特征具有明顯的區(qū)別，所以在紅外波段就可以相對容易地研究太陽系以外其他恒星周圍的行星。

另外，該望遠(yuǎn)鏡還可以探索行星的形成過程。按照目前流行的理論，行星是在恒星周圍的塵埃盤中形成的。通過觀察不同演化階段的塵埃盤．就能推斷出行星形成的過程。因?yàn)閴m埃的遮擋，這項(xiàng)工作在可見光波段很難完成。而紅外觀測就能穿透塵埃的阻擋，揭示里面的奧秘。

此外，斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡還能幫助天文學(xué)家研究陌生的河外星系。在它升空之前，歐洲的“紅外天文衛(wèi)星”發(fā)現(xiàn)了一些在紅外波段輻射很強(qiáng)而可見光輻射卻很弱的河外星系，這些星系大多都是正在合并或正在發(fā)生相互作用的星系。另外，還有一些星系具有一個(gè)能夠釋放巨大能量的星系核，叫做活動(dòng)星系。目前人類對具有強(qiáng)烈紅外輻射的星系和活動(dòng)星系的了解比較少，斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡可以大力開展對這些陌生星系的觀測和研究，以便更深人地了解它們。1

科學(xué)成就2009年5月15日 ，斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡耗盡了最后一滴用于制冷的液氦， 結(jié)束了為期五年的“低溫” 使命。 但即使在 耗盡了為保證所有探測器都達(dá)到高靈敏度的液氦之后，它也依然可以繼續(xù)探測短波長的紅外輻射（3.6和4.5μm）。

自2003年-2009年，SST取得了以下成就3：

太陽系外行星天氣報(bào)告“ 斯皮策” 的低溫任務(wù)中包含了令人激動(dòng)的對太陽系外行星的探測4。這些已知的太陽系外行星中有許多是被稱為“熱類木星”的大質(zhì)量氣態(tài)行星，它們都在非常靠近恒星的軌道上公轉(zhuǎn)。在這其中有一顆被稱為HD189733b的行星，它正圍繞著一顆距離地球63光年的恒星轉(zhuǎn)動(dòng)。這顆行星所發(fā)出的絕大部分光都在紅外波段，使得“斯皮策”可以探測它的溫度和組成。

探測銀河系“斯皮策”的觀測大大推動(dòng)了對銀河系的認(rèn)識?，F(xiàn)在對河外旋渦星系中富含氣體和塵埃的旋臂所拍攝的照片足可以裝滿好幾本相冊，但是對于我們自己身處的銀河系卻做不到。不過紅外天文學(xué)為我們提供了一個(gè)解決辦法。

在可見光波段，很難在大距離上通過恒星計(jì)數(shù)來描繪銀河系的旋臂以及其他的主要結(jié)構(gòu)。銀河系中絕大部分的恒星都位于一個(gè)平面（銀盤）中，但是絕大多數(shù)的塵埃也是如此。那些距離地球超過3000光年的恒星所發(fā)出的可見光因此就無法穿透由塵埃所組成的“幕墻”。而銀河系中心到我們的距離則達(dá)到了27000光年。幸運(yùn)的是，絕大部分的紅外輻射都可以穿透塵埃，使得“斯皮策”可以一覽銀盤無遺。

尋找隱藏的黑洞“斯皮策”能穿透星系中塵埃的能力為回答另一些問題提供了機(jī)會，那就是什么樣的星系會擁有超大質(zhì)量黑洞。目前已知的幾乎所有的超大質(zhì)量黑洞都位于星系中央恒星高度聚集的核球之中。以銀河系為例，它有一個(gè)中央核球，在核球中則有一個(gè)4.5百萬個(gè)太陽質(zhì)量的超大質(zhì)量黑洞。與旋渦星系中心核球類似的橢圓星系也具有超大質(zhì)量黑洞，且最大的可以大到幾十億個(gè)太陽質(zhì)量。

天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，中央黑洞和核球似乎是一起長起來的。核球的質(zhì)量越大，黑洞的質(zhì)量也就越大。它們之間有一個(gè)顯著但卻時(shí)至今日未能被解釋的關(guān)系，那就是中央黑洞的質(zhì)量大約是核球的0.2%。對于沒有核球的星系，它們似乎應(yīng)該不會擁有中央黑洞，但是“斯皮策”對無核球星系的觀測卻否定了這一點(diǎn)。

探索宇宙深處除了近距離的宇宙之外，“斯皮策”還向我們展現(xiàn)了早期第一代恒星和星系形成時(shí)宇宙深處的畫面。雖然現(xiàn)在我們還無法回溯到137年前宇宙大爆炸的創(chuàng)生時(shí)刻，但是“斯皮策”已經(jīng)將我們所能看到的范圍向前推進(jìn)了到宇宙歷史中一個(gè)關(guān)鍵的階段——再電離時(shí)期。