从IRAS到韦伯望远镜：盘点NASA红外望远镜历时数十年的惊人演变

站长云网 2023-12-25 5iter.com 站长云网

12月25日，美国国家航空航天局（NASA）将庆祝詹姆斯-韦伯太空望远镜（JamesWebbSpaceTelescope）发射两周年，这是历史上最大、功能最强大的太空观测站。其清晰的图像令全世界为之振奋，而科学家们才刚刚开始探索它所带来的科学财富。

韦伯的成功是建立在四十年来同样探测红外光（肉眼不可见）的太空望远镜的基础之上的--特别是美国国家航空航天局（NASA）两台退役望远镜的工作，这两台望远镜在去年迎来了重要的周年纪念日：1月是红外天文卫星（IRAS）发射40周年，8月是斯皮策太空望远镜发射20周年。

这一传统在NASA拍摄的RhoOphiuchi（距离地球最近的恒星形成区之一）图像中大放异彩。IRAS是发射到地球轨道上的第一台红外望远镜，它位于阻挡大部分红外波长的大气层之上。RhoOphiuchi厚厚的气体和尘埃云阻挡了可见光，但IRAS的红外视野使它成为第一个能够穿透这些云层，揭示出深藏其中的新生恒星的天文台。

20年后，斯皮策的多个红外探测器帮助天文学家为该区域的许多恒星确定了更具体的年龄，为了解整个宇宙中年轻恒星的演化过程提供了启示。韦伯更详细的红外视图显示了年轻恒星迸发出的喷流，以及它们周围的物质盘--未来行星系统的雏形。

太空中的气体云和尘埃云--如图所示的RhoOphiuchi--大多会辐射出人眼无法探测到的红外线。1983年，地球轨道上的第一台红外望远镜IRAS对这一区域进行了成像，发现了以前不为人知的特征，包括隐藏在尘埃深处的新形成的恒星。图片来源：NASA/JPL-Caltech

另一个例子是Fomalhaut，这是一颗被类似于小行星带的碎片盘包围的恒星。40年前，这个圆盘是IRAS的重大发现之一，因为它也强烈暗示了至少有一颗行星的存在，而当时在太阳系外还没有发现任何行星。斯皮策随后进行的观测显示，这个圆盘有两个部分--寒冷的外部区域和温暖的内部区域--并揭示了更多行星存在的证据。

此后，包括美国宇航局哈勃太空望远镜在内的许多其他望远镜都对Fomalhaut进行了研究，今年早些时候，韦伯望远镜拍摄的图像让科学家们看到了迄今为止最清晰的圆盘结构。它揭示了内盘中两个以前从未见过的岩石和气体环。结合几代望远镜的工作，福马豪特的故事变得更加清晰。

美国国家航空航天局的斯皮策太空望远镜也拍摄到了RhoOphiuchi。斯皮策的视场更宽，分辨率也比它的前辈们更高，因此能提供该区域更详细的图像以及更多有关恒星形成的信息。图片来源：NASA/JPL-Caltech/哈佛-史密森尼天文中心

当IRAS于1983年发射时，科学家们并不确定这项任务会揭示出什么。他们无法预料红外线最终会被用于几乎所有的天文学领域，包括研究星系的演化、恒星的生命周期、无处不在的宇宙尘埃的来源、系外行星的大气层、小行星和其他近地天体的运动，甚至是历史上最大的宇宙学谜团之一--暗能量的本质。

IRAS为欧洲领导的红外空间天文台（ISO）和赫歇尔空间天文台、日本领导的AKARI卫星、美国国家航空航天局的宽视场红外巡天探测器（WISE）、该机构的机载SOFIA（平流层红外天文台）以及许多气球天文台奠定了基础。

美国国家航空航天局的詹姆斯-韦伯太空望远镜以前所未有的方式揭示了RhoOphiuchi，在这张令人惊叹的2023年图片中，天文学家看到了恒星形成区的新特征。韦伯望远镜是在IRAS和Spitzer等红外望远镜的基础上发展起来的。图片来源：NASA、ESA、CSA、STScI、KlausPontoppidan（STScI）

位于南加州的美国宇航局喷气推进实验室（JPL）的天体物理学家迈克尔-沃纳（MichaelWerner）说："红外光对于了解我们从哪里来以及我们是如何到达这里的，无论是在最大还是最小的天体物理尺度上，都是至关重要的。我们利用红外线来回顾空间和时间，帮助我们了解现代宇宙是如何形成的。红外线使我们能够研究恒星和行星的形成和演化，从而了解我们太阳系的历史"。专门从事红外线观测的沃纳是斯皮策的项目科学家。

红外天文卫星（IRAS）在轨概念图。图片来源：NASA/JPL

关于斯皮策

如果说红外天文卫星（IRAS）是一项探路任务，那么斯皮策天文卫星（Spitzer）就是为了深入探索红外宇宙而设计的。斯皮策望远镜凭借其宽阔的视场和相对较高的分辨率，实现了广泛的科学目标。在长达16年的任务中，斯皮策发现了从宇宙边缘（包括当时观测到的一些最遥远的星系）到太阳系（如土星周围的一个新环）的新奇事物。研究人员还惊讶地发现，这台望远镜是研究系外行星（太阳系以外的行星）的完美工具，这是他们在建造这台望远镜时所没有想到的。

这张图片展示了斯皮策太空望远镜的艺术印象。背景是斯皮策拍摄的银河系平面红外图像。图片来源：NASA/JPL美国宇航局/JPL

加州理工学院数据和科学处理中心IPAC的斯皮策科学中心前经理肖恩-凯里（SeanCarey）说："对于任何望远镜来说都不是为了获取数据而获取数据，而是在提出和解决一个特定的问题或一系列问题。由于我们从斯皮策和IRAS等望远镜中获得的知识，我们能够用韦伯望远镜提出的问题要复杂和多样得多"。

詹姆斯-韦伯太空望远镜艺术家概念图。资料来源：美国国家航空航天局

例如，凯里说："我们用斯皮策和哈勃研究了系外行星，我们搞清楚了红外望远镜在这一领域能做什么，哪类行星最有趣，以及你能了解它们什么。因此，当韦伯望远镜发射升空时，我们从一开始就投入了系外行星研究"。

美国国家航空航天局的宇宙历史、再电离纪元和冰层探测器光谱-光度计（SPHEREx）任务将帮助天文学家了解我们的宇宙是如何演化的，以及银河系行星系统中生命成分的常见程度。资料来源：加州理工学院

韦伯也在为未来的红外任务铺平道路。美国国家航空航天局（NASA）即将执行的SPHEREx（宇宙历史、再电离纪元和冰层探测器光谱-光度计）任务，以及该机构的下一个旗舰天文台--南希-格蕾丝-罗曼太空望远镜，将继续探索红外宇宙。

南希-格蕾丝-罗曼太空望远镜的艺术家概念图。资料来源：美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心

关于任务的更多信息

IRAS是美国国家航空航天局、荷兰航空航天计划局和英国科学与工程研究理事会的一个联合项目。该任务由JPL为NASA管理。位于帕萨迪纳的加州理工学院为美国国家航空航天局管理JPL。

JPL为位于华盛顿的美国宇航局科学任务局管理斯皮策太空望远镜任务，直到该任务于2020年1月退役。加州理工学院的斯皮策科学中心负责科学运营。航天器的运行由位于科罗拉多州利特尔顿的洛克希德-马丁航天公司负责。数据在加州理工学院IPAC运营的红外科学档案馆存档。

詹姆斯-韦伯太空望远镜是世界上最重要的太空科学观测站。韦伯正在揭开太阳系的神秘面纱，眺望其他恒星周围的遥远世界，探索宇宙的神秘结构和起源以及我们在宇宙中的位置。韦伯望远镜是一项国际计划，由美国国家航空航天局（NASA）及其合作伙伴欧空局（ESA）和加拿大航天局（CSA）共同领导。

编译来源：ScitechDaily

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