太空望远镜到底有多强（斯皮策太空望远镜相关知识科普）

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2003年发射时，美国宇航局的斯皮策太空望远镜是历史上最灵敏的红外太空望远镜，它16年的生命彻底改变了我们对宇宙的看法。

斯皮策从太阳系内部到宇宙边缘都有发现。该任务的成就清单是很长的，包括对外行星大气（行星绕太阳以外的行星）的第一次考察，在一颗恒星周围探测七个地球大小的系外行星，对宇宙中一些最古老的星系的惊人启示，以及发现了最大的土星环。这项长期任务强大的观测能力改变了我们对宇宙的看法。

这些图像在可见光（左）和红外光（右）中显示了M81星系，不同波长的光揭示了宇宙物体的不同特征。

红外光对人的眼睛是看不见的，但它在我们的世界里一直存在。许多太冷而不能发出可见光的物体在红外波段发出明亮的辐射。例如，尽管一杯热咖啡不会发出可见光，但它确实会产生大量的红外光。人类和动物也发射红外光，这就是为什么它被用于夜视设备。类似地，许多太冷而无法产生可见光的宇宙物体可能被像斯皮策号上的红外探测器所可见，包括小行星、行星和恒星和行星诞生的尘埃云。更长的红外波长可以穿过在可见光下不透明的气体和尘埃云，揭示隐藏在里面的宇宙宝藏。

红外光是特定波长范围内的电磁辐射，波长比可见光稍长。红外波长通常以其物理长度来表示，以微米或微米为单位（微米是百万分之一米）。

红外猫鼬

虽然有些红外波长可以从地面观测到，但其他波长则完全被地球大气层所遮蔽。直到1983年美国宇航局与英国和荷兰一起将第一台红外望远镜（红外天文卫星，简称IRAS）送入太空，科学家们才全面掌握了红外宇宙。第一个最终成为斯皮策的计划是在1971年提交给美国宇航局的。尽管发射花了几十年的时间，但在执行任务的过程中吸收了IRAS和其他天基红外望远镜的经验教训。

斯皮策太空望远镜具有更高的灵敏度、更大的探测器阵列和更高的精确指向性，这对于研究包括系外行星在内的小而远的天体至关重要，它是3到40微米范围内运行的最灵敏的红外天文台。在整个生命周期中，它将其强大的能力与其他天文台的能力结合起来，为我们提供更深入的宇宙洞察。

天基红外望远镜还有另一个主要优势：它们远离地球大气层产生的大量红外光，可以被冷却到如此低的温度，它们自己产生的红外光非常少。正如来自太阳的光线使得白天看不到星星一样，这些周围的红外光源压倒了夜空中微弱的光源。地面上的望远镜通过明亮的红外辐射的薄雾来观察天空，但对于太空中的望远镜来说，这种薄雾消失了，所有的宇宙红外光辉中都可以看到。因此，斯皮策望远镜的反射镜直径只有33英寸（85厘米），在斯皮策望远镜工作的红外波段，甚至比最大的地面望远镜（直径高达33英尺或10米）都要敏感得多。

在“低温”任务期间（2003年至2009年），斯皮策观测到了3至160微米的红外波长。在随后的“温暖”任务（2009年至2020年）中，斯皮策能观测到3.6微米和4.5微米。

这张来自斯皮策太空望远镜的影像中，红色的通电气体细线标志着超新星残余HBH3的位置

NASA大型天文台计划的四个大天文台一起覆盖了从红外线到伽马射线的波长。哈勃太空望远镜（主要观测可见光）和钱德拉X射线天文台仍在运行，而康普顿伽马射线天文台于2000年退役。斯皮策太空望远镜的许多重大发现都是与其他空间和地面观测站联合完成的。

詹姆斯韦伯太空望远镜将于2021年发射升空，其观测波长将与斯皮策观测的波长重叠。韦伯的主镜面积比斯皮策的大50倍，使韦伯具有更高的分辨率，并且能够看到距离地球更远的物体。

韦伯将能够对斯皮策观察到的许多物体进行更深入、更详细的研究。通过列出斯皮策已经探索过的目标，韦伯的科学家们可以研究出最有趣、最有科学价值的目标。将能够研究斯皮策开始探索的细节问题，例如：最早的星系是什么时候形成的？大规模星系是如何形成、演化和生长的？行星系统是如何围绕太阳这样的恒星形成的？在类地行星的大气中发现了哪些分子，它们围绕着比我们太阳小的恒星运行，或者围绕着比地球热的恒星运行？

斯皮策留下的遗产还将有助于通知美国宇航局即将推出的广域红外测量望远镜（WFIRST）和欧洲航天局的欧几里德空间望远镜，这两个望远镜都将制作红外宇宙的大比例尺地图。他们产生的数据的组合将覆盖天空的大区域，并提供新的洞察力，探讨最庞大的星系是如何在早期宇宙中形成和演化的。

斯皮策号于2003年发射升空，完成了它的首要任务，直到2009年初，它的液氦冷却剂耗尽。航天器的被动冷却系统允许斯皮策号随后开始“温暖”运行阶段，在平均温度约零下244摄氏度下运行。斯皮策已经在温暖的任务阶段持续运作了10多年，并从美国宇航局获得了5次任务延期。

近年来，斯皮策太空船的运行一直是一个挑战，主要是因为太空船（绕太阳运行）每年都会漂离地球更远。这就形成了一种轨道几何结构，在与地球通信期间，斯皮策必须依靠电池供电，在接收来自地球的命令并将数据下载到地球时，需要将太阳能板转离太阳，这限制了航天器在给定时间段内与地球通信的时间。这并不是轨道几何结构变化带来的唯一工程挑战，还会将望远镜的一些区域暴露给太阳，受到阳光直射，有可能导致组件过热。此外，斯皮策距离地球越远，下载数据的速度就越低。斯皮策运作了这么长时间，证明了项目团队成员的聪明才智、创造力和辛勤工作。

尽管美国航天局将于2020年1月30日退役斯皮策望远镜，但该望远镜在其生命周期内收集的所有数据在不超过一年内就可公开获取。在未来，这些数据的档案仍将公开。天文学家已经在利用这个档案进行新的分析，并补充其他天文台的观测，他们预计在太空船退役后很长一段时间内还会继续这样做。天文台帮助一代天文学家探索了红外宇宙，这一遗产将在未来几代人中将继续创造价值。

NASA的喷气推进实验室负责管理和运营斯皮策太空望远镜，该任务由NASA位于华盛顿的科学任务委员会负责。

科学规划和操作是在加州理工学院的斯皮策科学中心进行的。数据存储在加州理工学院IPAC的红外科学档案中。同时，加州理工学院为NASA管理喷气推进实验室。

航天器工程由洛克希德·马丁航天公司负责。洛克希德·马丁公司制造了斯皮策号飞船，并在开发过程中担任系统和工程以及集成和测试的负责人。

鲍尔航空技术公司为斯皮策提供了光学元件、低温元件、热壳和防护罩。鲍尔航空技术公司在康奈尔大学的科学领导下开发了红外光谱仪（IRS），在亚利桑那大学的科学领导下开发了多波段成像光度计（MIPS）。NASA戈达德太空飞行中心开发了红外阵列相机（IRAC）仪器，并由哈佛史密森尼天文观测站管理。

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