谈谈“斯皮策”眼里的宇宙(科技大观)

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望远镜是我们探索宇宙奥秘的“眼睛”。有这样一架望远镜,至今已工作近16年,远超预计的5年服役期,不仅工作时间长,还出色地完成了很多重大发现,这就是斯皮策空间望远镜。

斯皮策空间望远镜由美国航空航天局于2003年发射,以美国天文学家莱曼·斯皮策的名字命名。它的运行轨道非常独特——始终躲在地球的后面,与地球保持同样的角速度绕太阳运转,免受太阳光直射。这相当于提供了一个天然冷却源,能让望远镜少带一些液氦,减轻了重量,也节省了资金。

“斯皮策”装有3台观测仪器,工作在波长为3微米—180微米的红外线波段。多年来,它不断为地球传输回宇宙的壮观景象,完成了以下几大科学目标:

一是寻找太阳系之外的行星。“斯皮策”确认发现了7颗地球大小的系外行星,它们围绕着某星系中一颗恒星运行。这是迄今为止人类在单个星系中发现与地球体积相似的行星最多的一次。而且,其中3颗行星位于恒星周围的“宜居带”,那里的温度可能支持行星表面的液态水。此外,观测结果也让科学家们了解了这些行星的大小和质量,可用来判定行星的组成范围。

二是探索行星是怎样形成的。目前,它已发现了太阳系远处几次岩石碰撞的证据。这种类型的天体碰撞在太阳系的早期很常见,并在行星的形成中起到了一定作用。“斯皮策”还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导致的。科学家对喷发进行了观测,第一次收集到了这些尘埃喷发前后系统的数据。

三是研究陌生的河外星系。相较于可见光,大多数情况下,红外线可以直接“看穿”气体云和尘埃云。“斯皮策”可以透过翻滚涌动的宇宙尘埃,发现新诞生的恒星。它拍摄的一张照片,就清晰地显示了一颗新生恒星从孕育它的尘埃云中诞生的场景,令人震撼。

四是观测遥远星系,揭示早期宇宙图景。在大多数星系的核心,都暗藏一个质量超大却无法看到的星体。利用斯皮策空间望远镜,科学家们发现了迄今为止最遥远的两个超大质量黑洞,让我们得以一窥宇宙中星系形成的历史。2011年,天文学家利用“斯皮策”探测到一个非常遥远的星系群。分析认为,我们看到的实际上是它们120亿年前的景象,可能正处于“原始星系团”的状态,而它们最终会发展成为现代星系团,这为科学家研究宇宙发展演化史提供了宝贵参考。

此外,科学家还利用该望远镜的红外视觉绘制出第一幅系外行星的“天气地图”;得益于其低温探测能力,人们首次发现距离土星600万公里还围绕着一圈“大光环”……计划2021年发射的韦伯空间望远镜,将代替超期服役的“斯皮策”继续在红外波段探索宇宙,未来也许有更多令人期待的发现。

(作者李良为北京天文馆副编审)

《人民日报》(2019年04月02日18版)

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