斯皮策15年的15大发现

Calla Cofield
译自NASA，2018年8月24日NASA的斯皮策空间望远镜已经在太空中度过了15个年头。为了庆祝斯皮策的15岁生日，这里重点介绍了它的15大发现。斯皮策于2003年8月25日发射进入环绕太阳的轨道。它在地球后方跟随地球前行，并与地球渐行渐远。斯皮策望远镜是NASA四大天文台中最后一架进入太空的。它原本的主要任务寿命是至少持续2.5年，现在的使用时间已经大大超出了预期。#15 第一张系外行星的天气图图片提供：NASA/JPL-Caltech/Harvard-Smithsonian CfA斯皮策观测的是红外光，温热的天体经常会以热辐射的形式发出这种光线。虽然斯皮策的任务设计者从来没有计划过使用这架望远镜来研究太阳系之外的行星，它的红外视野却成为了系外行星研究领域的无价工具。2009年5月，科学家使用斯皮策获取的数据绘制出了史上第一张系外行星（也就是环绕太阳以外其他恒星运行的行星）的“天气图”。这张系外行星的天气图描绘了气体巨行星HD 189733b表面的温度变化。此外这项研究还揭示出，这颗行星的大气中可能有肆虐的狂风。上图是艺术家对这颗行星的描绘。更多请阅读：NASA发现一颗极热的行星，绘制了第一幅系外行星天气图#14 新生恒星隐匿的摇篮图片提供：NASA/JPL-Caltech/Harvard-Smithsonian CfA在大多数情况下，红外光穿透气体和尘埃云的能力较可见光更强。因此斯皮策为我们带来了恒星形成区空前的影像。这张斯皮策的图像展现了蛇夫ρ暗云中从尘埃育儿被向外窥探的新生恒星。这片被天文学家称为“ρ Oph”的星云是距离银河系最近的恒星形成区之一。这片星云位于天空中的天蝎座和蛇夫座，距离地球约410光年。更多请阅读：斯皮策捕获尘埃育儿被中的年轻恒星#13 成长中的星系都市图片提供：Subaru/NASA/JPL-Caltech2011年，天文学家使用斯皮策探测到了一个名为COSMOS-AzTEC3的极其遥远的星系组合。来自这群星系的光线在抵达地球之前已经传播了超过120亿年。天文学家认为，这种名为原星系团的天体最终将成长为现代星系团，也就是一群由引力束缚的星系组合。COSMOS-AzTEC3是当时人们探测到的最遥远的原星系团。它为研究者提供了有关宇宙历史上星系形成和演化的更好观点。更多请阅读：NASA的望远镜帮助辨认最遥远的星系团#12 “彗星汤”的配方图片提供：NASA/JPL-Caltech2005年7月4日，当NASA的深度撞击号探测器受控撞击坦普尔（Tempel）1号彗星的时候，它排出了一团含有太阳系原初“汤”的物质云。结合深度撞击的数据与斯皮策的观测，天文学家分析了汤中的成分，开始辨认出最终形成行星、彗星和其他太阳系天体的成分。从彗星尘埃中辨认出的许多成分都是已知的彗星成分，如硅酸盐或砂粒。但这里也有让人惊讶的成分，如黏土、碳酸盐（这种成分在贝壳中也有发现）、含铁的化合物，还有地球上的烤炉和汽车尾气中存在的芳香烃。对这些成分的研究为我们太阳系的形成提供了宝贵的线索。更多请阅读：如何熬制彗星汤#11 已知最庞大的土星环图片提供：Keck/NASA/JPL-Caltech土星绝佳的光环系统经常被人拍摄下来，但是这些照片从来没有揭示出这颗行星最为庞大的光环。这一纤细的结构由弥漫的粒子组成，在距离土星比任何其他已知光环更遥远的地方环绕土星运行。这道光环始于距离土星大约600万千米（370万英里）的地方，比土星直径宽大约170倍，厚度大约是这颗行星的20倍。如果我们可以用肉眼看到这道光环，它在天空中的宽度会是满月的2倍。距离土星最远的土卫之一——土卫九就在这道光环内部运行，也可能是光环物质的源头。光环中数量相对较少的粒子并不会反射太多的可见光，尤其是在阳光较弱的土星轨道上。这也是为何它隐匿了如此长的时间才被发现。斯皮策能够探测到光环中低温尘埃发出的辉光，这些尘埃的温度大约是80开尔文，也就是零下193摄氏度或零下316华氏度。更多请阅读：NASA的空间望远镜发现最为庞大的土星光环#10 宇宙中的布基球图片提供：NASA/JPL-Caltech 大图与说明文字请点击布基球是球形的碳分子，有着类似足球表面的六边形和五边形结构。不过布基球是因为其类似于建筑师巴克敏斯特·富勒（Buckminster Fuller）设计的短程线穹顶而得名的。这些球形的分子属于一类名叫巴克敏斯特·富勒烯的分子，这类分子在医药、工程和能源存储方面都有应用。斯皮策是第一架在太空中辨认出布基球的望远镜。它在一颗濒死恒星周围的物质（也就是行星状星云Tc 1）中发现了这些球形分子。Tc 1中心的恒星一度与我们的太阳类似，不过当它衰老时，它会抛下外部包层，只留下中心的致密白矮星。天文学家相信，布基球是在星球外部被抛出的碳包层中形成的。使用斯皮策的数据进行的后续研究帮助科学家了解了更多这些独特的碳结构在自然界中普遍程度的信息。更多请阅读：NASA的望远镜在宇宙中发现难以捉摸的布基球#9 恒星系大撞车图片提供：NASA/JPL-Caltech 大图与说明文字请点击斯皮策在远方的恒星系中发现了若干次岩石天体碰撞的线索。在我们太阳系的早期，这样的碰撞很常见，而且在行星形成过程中扮演了自己的角色。在其中的一系列观测期间，斯皮策辨认出了一颗恒星周围突然喷涌的尘埃，这可能是两颗大型小行星碰撞的结果。当撞击事件发生时，科学家已经开始观测这一系统了，这使得他们可以第一次采集一个系统在尘埃喷发前后的数据。更多请阅读：NASA的斯皮策望远镜目睹小行星撞车事件#8 第一次“品尝”系外行星的大气图片提供：NASA/JPL-Caltech2007年，斯皮策成为了第一架在系外行星大气中直接辨认出分子的望远镜。科学家使用名为分光术的技术辨认出了两颗不同的气态系外行星中的化学分子。这两颗所谓的“热木星”分别名叫HD 209458b与HD 189733b，它们由气体（而非岩石）组成，但与各自主星的距离要比太阳系中的气态行星近得多。这项针对系外行星大气的直接研究是迈向有朝一日在岩质系外行星上探测生命信号这一可能性途中的一大步。上面这张艺术概念图描绘了其中一颗热木星可能的模样。更多请阅读：NASA的斯皮策望远镜第一次解码遥远星球的光线#7 遥远的黑洞图片提供：NASA/JPL-Caltech 大图与说明文字请点击在大多数星系的核心，都潜藏着特大质量黑洞。科学家使用斯皮策望远镜辨认出了迄今已知的两个最遥远的特大质量黑洞，让人们得以一瞥宇宙中星系形成的历史。星系中心的黑洞周围通常环绕着饲养维系它们的气体和尘埃结构。这些黑洞与周围的盘状结构一道被称作类星体。斯皮策发现的两个类星体发出的光线要穿行130亿年才能抵达地球，这意味着它们是在宇宙创生后不到10亿年内形成的。更多请阅读：NASA的斯皮策望远镜挖掘出原始的黑洞#6 最遥远的行星图片提供：NASA/JPL-Caltech 大图与说明文字请点击2010年，斯皮策望远镜帮助科学家探测到了迄今发现的最遥远的行星之一。这颗行星距离地球大约13000光年。先前已知的大多数系外行星都位于距离地球大约1000光年之内的地方。上图描绘了这其中的相对距离。斯皮策是在一架地面望远镜以及一项名叫微引力透镜的系外行星搜寻方法的帮助下完成的这个任务。这项技术倚赖于引力透镜现象，也就是引力让光线弯折并放大的过程。从地球看去，当一颗恒星从另一颗更为遥远的恒星前方通过时，前景星的引力会将背景星光弯曲并放大。如果前景星周围存在一颗行星，那么行星的引力也会发挥放大作用，并在被放大的星光中留下明显的印迹。对于试图了解银河系不同区域的行星族群与我们的近域宇宙究竟相似还是有所区别的科学家来说，这项发现提供了又一条线索。更多请阅读：NASA的斯皮策望远镜发现深埋于银河系之内的行星#5 来自系外行星的第一缕光线图片提供：NASA/JPL-Caltech斯皮策是第一架直接观测到太阳系之外其他行星光线的望远镜。在此之前，系外行星只能通过间接手段被观测到。这项成果开启了系外行星科学的新纪元，也标志着通往在岩质行星上探测可能生命信号的目标途中的一个重要里程碑。2005年公布的两项研究直接观测到了来自两颗先前已知的“热木星”（ HD 209458b与TrES-r1）的温热红外辉光。热木星是类似于木星或土星的气态巨行星，但是距离其主星极近。在它们炽热的轨道，热木星吸收了充足的星光，并在红外波段发出明亮的辉光。更多请阅读：NASA的斯皮策望远镜开启行星科学的新纪元#4 目击小型小行星图片提供：NASA/JPL-Caltech/Northern Arizona University/SAO 大图与说明文字请点击斯皮策的红外视力让它能够研究迄今已知的一些最为遥远的天体。不过这架空间望远镜还可以用于研究更为靠近地球的小型天体。值得一提的是，斯皮策曾帮助科学家辨认并研究近地小行星（NEA）。NASA对这些天体进行着监测，以保证其中任何一颗都不会与我们的地球相撞。对于测量NEA的真实尺寸来说，斯皮策望远镜尤为实用。这是由于它可以探测直接从小行星辐射出来的红外线。作为比较，小行星并不会发出可见光，只能反射太阳光。因此可见光观测可能能够揭示出小行星的反照率，但是并不一定是其大小。斯皮策曾被用于观测许多宽度不到110码（100米）的小行星。更多请阅读：斯皮策望远镜窥探小而古怪的小行星#3 空前的银河系地图图片提供：NASA/JPL-Caltech/University of Wisconsin 大图与说明文字请点击2013年，科学家汇总了斯皮策望远镜在10年间获取的200多万张影像，描绘出了银河系最辽阔的一张地图。绘制银河地图的数据主要来自河内遗产中银道面巡天超凡360计划（GLIMPSE360）。由于尘埃会阻隔可见光，使得银河系的全景不能为人所见，观看银河系是极具挑战性的。但红外光往往可以较可见光更好地穿透尘埃区，并揭示出银河系的隐匿部分。使用斯皮策的数据对银河系进行的研究为科学家提供了银河旋臂结构及其中心恒星“棒”更好的地图。斯皮策帮助人们发现了许多遥远的恒星形成场所，并给出了高于预期的银河碳元素丰度。GLIMPSE360的银河地图将继续指引天文学家探索我们所在的星系家园。更多请阅读：NASA的斯皮策望远镜将银河系的360度风景带到指尖#2 “巨婴”星系图片提供：NASA/JPL-Caltech/ESA 大图与说明文字请点击对于针对已知形成最早的一些星系的研究来说，斯皮策作出了重要的贡献。来自这些星系的光线要花费数以十亿年计算的时间才能抵达地球，因此科学家看到的是它们在数十亿年前的样子。斯皮策观测到的最遥远的星系是在大约134亿年前发出它们的辐射的，这时距离宇宙的诞生还不到4亿年。在这一领域，最让人惊讶的发现之一是“巨婴”星系的现身，这些星系要比科学家所认为的早期星系大得多，也成熟得多。科学家相信，大型现代星系是通过小型星系逐步的并合产生的。但是这些“巨婴”星系说明，大型恒星集合的出现可以发生在宇宙历史的极早期。更多请阅读：NASA在新生宇宙中发现“巨婴”星系#1 一颗恒星周围的7颗地球级行星图片提供：NASA/JPL-Caltech 大图与说明文字请点击在一颗名为TRAPPIST-1的恒星周围，环绕着7颗地球级行星。这是人们在一个系统中发现的最多一批地球级行星，这个行星系激发了科学家与非科学家的想象力。这其中的3颗行星都位于恒星周围的“宜居带”中，这里的温度可能是适宜的，可以允许行星表面存在水分。这一发现标示着在太阳系外寻找生命过程中的一大里程碑。科学家使用斯皮策望远镜对TRAPPIST-1系统进行了超过500小时的观测，以确定究竟有多少颗行星在环绕这颗恒星运行。由于其温度远较太阳为低，斯皮策的红外观测能力对于研究TRAPPIST-1的主星来说很理想。当7颗恒星从主星前方通过时，科学家观测了星光中微弱的减暗。斯皮策的观测还让科学家知道了这些行星的大小和质量，而这些信息可以被用于缩小行星组分的可能范围。更多请阅读：NASA的望远镜在一颗恒星周围发现大批地球级宜居行星加喷气推进实验室为NASA设在华盛顿的科学任务理事会管理着斯皮策空间望远镜。望远镜的科研运转由帕萨迪那（Pasadena）加州理工学院的斯皮策科学中心执行。航天器操作是在科罗拉多州利特尔顿（Littleton）的洛克希德—马丁航天系统公司进行的。数据由加州理工学院红外数据处理分析中心的红外科学档案馆存档。加州理工学院为NASA管理着JPL。更多关于斯必泽望远镜的信息请访问http://spitzer.caltech.edu/与http://www.nasa.gov/spitzer。内容来自 Bo Zhang's Homepage

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