话宇丨斯皮策望远镜升空15载，人类仍未看到宇宙的边疆

 

登临九天高，遥看一千河。8 月 25 日，是美国宇航局的斯皮策空间望远镜（Spitzer Space Telescope）发射升空 15 周年的日子。这位生命顽强的“太空斥候”已经工作了 15 年，远远超过了预定的两年半的任务周期，目前正在以每年 1500 万公里的速度离我们渐行渐远。

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不同于我们熟知的工作在可见光波段的哈勃望远镜，斯皮策专注于红外观测。宇宙之中，红外线无处不在，但苦于星际尘埃和地球大气层的阻隔，人类无法探测到红外线背后的奥秘，借助斯皮策的力量，诸如系外行星的大量发现、恒星的诞生等未解之谜都愈发清晰。

 

为了纪念斯皮策 15 岁的生日，NASA 喷气推进实验室（Jet Propulsion Laboratory，JPL）以 15 幅精美图片展示了这个望远镜在过去的丰硕成果。

 

第一张系外行星天气图

图丨行星 HD 189733b 艺术画（来源：NASA/JPL）

斯皮策望远镜通过探测热辐射源的红外线来发现目标，有趣的是，虽然这个望远镜的工作计划中从来没有对系外行星的观察，但无心插柳，它强大的观察能力已经帮助科学家们发现了多颗此前未被探测到的行星。

 

2009 年 5 月，科学家利用斯皮策的数据绘制出了有史以来第一张系外行星的"天气地图"——一颗巨型气体行星 HD 189733b。同时，观察中还发现了在 HD 189733b 大气层中呼啸而过的狂风。

 

“恒星摇篮”曝光

 

图丨蛇夫座ρ附近的新星产生（来源：NASA/JPL）

 

正如前文所提，斯皮策的天眼可以轻易的穿过星际尘埃，所以他也就有了发现更多新鲜事物的可能。上图所示的就是距离地球 410 光年的心宿增四 (蛇夫座ρ)，该星座位于天蝎座与蛇夫座星座附近，周围的云体是离地球最近的恒星产生区域之一。

 

蓬勃生长的星系

 

图丨 COSMOS-AzTEC3 星系群（来源：NASA/JPL）

 

2011 年，天文学家利用斯皮策探测到了一个名为 COSMOS-AzTEC3 的遥远星系群，有多远呢？120 亿光年，几乎到了已知宇宙的边缘，可谓是“天尽头”！

或许我们很难产生较为直观的认知，但不得不说，星系形成演化的历史大门已经打开。

 

彗星的配方

 

（来源：NASA/JPL）

2005 年 7 月 4 日，美国宇航局的深度撞击航天器撞向了坦普尔 1 号彗星时，激起了一团物质云，其中包含了我们太阳系早期形成的秘密。天文学家将深度撞击的数据与斯皮策的观测结合起来，逐渐摸索出在我们的太阳系中产生行星、彗星和其他物体的成分。

 

当前最大的土星环

 

图丨最大土星环（来源：NASA/JPL）

 

土星令人惊叹的光环众人皆知，但斯皮策发现了其中最大的一个。这个土星环距离土星 600 万公里，是土星直径的 170 倍宽、20 倍厚，温度为-193 摄氏度。

更令人意外的是，离土星主星最远的卫星之一土卫九仍然被包裹在这个土星环中，科学家们甚至猜想正是土卫九上的物质形成了土星环。

 

太空中的巴基球

 

（来源：NASA/JPL）

巴基球是一种球形碳分子，化学式 C60。是一种由 60 个碳原子构成的分子，十分类似于足球表面的多边形图案，因此又名足球烯，其在医学、工程和能量储存方面都有应用。1996 年，罗伯特·科尔、哈罗德·沃特尔·克罗托和理查德·斯莫利还因富勒烯的发现获诺贝尔奖。

 

2010 年，科学家通过斯皮策在 6500 光年以外的一颗即将消亡的恒星 Tc1 周围发现了 C60 特定的信号。天文学家认为，巴基球是在被吹离恒星的碳层中形成的。利用斯皮策数据进行的后续研究有助于科学家更多地了解自然界中这些独特碳结构广泛分布的特点。 

 

宇宙“碰碰车”

 

（来源：NASA/JPL）

 

斯皮策发现了在遥远的星系曾发生过的几次岩石碰撞的证据。这种类型的碰撞在我们的太阳系的早期是很常见的，并且是行星形成过程中的动因之一。

 

在一系列特殊的观测中，斯皮策发现了一颗年轻恒星周围的尘埃爆发，这可能是两个大型小行星撞击的结果。更难能可贵的是，此次观察贯穿了爆发的前后。

 

系外行星大气层的“初体验”

 

图丨气态行星艺术图（来源：NASA/JPL）

 

2007 年，斯皮策成为第一个直接识别出系外行星大气中分子的望远镜，被观察的两颗气态行星分别是 HD 209458b 和 HD 189733b。虽然气态行星的概念怎么听起来都不是很靠谱，但其仍对固态行星的生命产生和发现大有裨益。

 

天边的超大质量黑洞

 

（来源：NASA/JPL）

如果问大多数星系的核心是什么？很多人会想象不到——黑洞。借助斯皮策，科学家们发现了两个有史以来最遥远的超大质量黑洞，让我们得以一窥宇宙中星系形成的历史。

 

作为宇宙中著名的“隐君子”，黑洞一向很难被发现，而这一次，科学家们是通过发现黑洞的餐具——吸积盘发现的。当然，这颗黑洞也十分遥远，距离地球 130 亿光年。

  

一颗最遥远的行星

 

（来源：NASA/JPL）

2010 年，斯皮策帮助科学家发现了一颗最遥远的行星，不同于大多数 1000 光年范围内的已知行星，它位于距离地球约 1.3 万光年的地方。

 

这次斯皮策不是单打独斗，而是在地面望远镜和名为微引力透镜的行星捕猎技术的帮助下完成的。这种方法依赖于一种叫做引力透镜效应的现象，在这种现象中，光受引力弯曲的影响被放大。

引力透镜效应是爱因斯坦的广义相对论所预言的一种现象，就是当光在星系、星系团及黑洞等具有巨大引力的天体附近经过时，会像通过凸透镜一样发生弯曲，根据变化了的光线在光谱外波段呈现的不规则程度，可以推算发光星系的年龄和距离。

 

系外行星发出的第一束光

 

（来源：NASA/JPL）

 

斯皮策是第一个直接观测太阳系外行星光线的望远镜。根据 2005 年发布的两项研究报告显示，HD 209458b 和 TrES-r1 两个此前被探测到的气态行星发出的光被斯皮策首次探测到。

  

发现“迷你”小行星

 

（来源：NASA/JPL）

 

斯皮策的红外观测能力不仅使其能够研究一些迄今为止发现的最遥远的物体，也可以用来研究靠近地球的小天体，特别是近地小行星。有趣的是，斯皮策甚至可以精准描述出尺寸在 100 米左右的小行星的体积。 

 

宏大的银河系图景

 

（来源：NASA/JPL）

 

2013 年，科学家们收集了超过 200 万张斯皮策过往 10 年间拍摄的图像，绘制出了有史以来最宏大的银河系图景。 

 

抱团取暖的星系

 

（来源：NASA/JPL）

因为宇宙中一些早期形成的星系发出的光线需要数十亿年才能到达地球，因此科学家们看到的是它们几十亿年前的样子。斯皮策观测到的最遥远的星系大约在 134 亿年前，换句话说是在宇宙诞生后不到 4 亿年。

按照天文学家之前的理解，那些较大的星系都是由较小的星系聚合而来，不过斯皮策带来的新消息则是，在宇宙诞生的早期这种星系间的“合纵连横”就已经十分常见了。 

 

另一个太阳系？

 

（来源：NASA/JPL）

 

星空之海里，最让人感动的就是生命的发现。通过斯皮策的观察，在距离地球 40 光年的地方，有 7 颗行星围绕着名为 TRAPPIST-1 的恒星运行，其中三颗恰巧处在宜居带中。这样看来，生命的发现或许已经为时不远。

 

如今，斯皮策早已经垂垂老矣，但宇宙探索的事业才刚刚开始，下一代的詹姆斯·韦伯和 WFIRST 也即将登场。一代人有一代人的事，前者有鉴、后者可追！

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