Spitzer——望远镜与人的非凡遗产

如果你是天文学新闻的长期关注者，你会发现自己会学到很多奇怪的首字母缩写。当我年轻的时候，我特别着迷于四个字母的组合：LST、GRO、AXAF和SIRTF，它们是美国宇航局四大天文观测台的缩写名称。它们将被发射到太空，以便在不受我们星球扭曲大气层的干扰下观测宇宙，每个天文观测台都提供独特的视角。LST将观测可见光，GRO观测伽马射线，AXAF观测X射线，而SIRTF则观测红外辐射，它类似于光，但波长更长。

这四个天文观测台最终都变成了真正的任务，有了真实的名字。LST（大型空间望远镜）变成了哈勃太空望远镜。GRO（伽马射线天文台）变成了康普顿。AXAF（先进X射线天体物理设施）变成了钱德拉。SIRTF——发音为“SIR-tiff”，即空间红外望远镜设施——是最后一个于2003年发射的，现在它也是这四个中最后一个结束生命的。美国宇航局在2020年1月30日让它永远沉睡，在16年辉煌的发现之后。

SIRTF以其最终名称——斯皮策太空望远镜——而更为人所知，以纪念莱曼·斯皮策（Lyman Spitzer Jr.）。名字有什么含义？在这种情况下，意义重大。斯皮策本人是一位20世纪天文学的伟大远见者。他是最早认识到我们的银河系是一个动态的地方，充满炙热的气体并且仍在形成新恒星的科学家之一。他是核聚变研究的先驱，创立了普林斯顿等离子体物理实验室——至今仍是世界领先的聚变能源研究中心之一。在这里最相关的是，他也是哈勃和斯皮策太空望远镜背后的灵感来源。

1946年，莱曼·斯皮策发表了一篇极具影响力的论文《来自地外天文台的天文优势》。你可以在这里阅读这篇有远见的文件的PDF重印版。斯皮策关于从地球大气层外进行天文学观测的“初步调查”为未来七十年的许多空间天文学设定了模板。特别是，他认识到空间望远镜可以观测到通常被空气吸收的许多形式的辐射——包括伽马射线、X射线和红外射线——因此可以看到以前从未见过的事物。

他写道：“这种根本上新颖且功能更强大的仪器的主要贡献，不是补充我们目前对所处宇宙的认识，而是揭示尚未想象到的新现象，并可能深刻地改变我们关于空间和时间的基本概念。”

尽管他的想法引人入胜，但正是斯皮策的坚持不懈的跟进真正改变了世界。年复一年，他与持怀疑态度的同事交流，说服他们建造空间望远镜既可行也应该建造。在斯普特尼克号的发射使他的概念看起来更可行之后，他将说服的努力扩展到政府官员和国会。这些努力导致了美国宇航局的轨道天文台计划，该计划始于1966年，并于1972年以非常成功的哥白尼卫星达到顶峰，该卫星携带了一个由斯皮策帮助设计的紫外线望远镜。

1965年，在这些天文台中的任何一个还没有升空之前，斯皮策就领导着一个国家科学院团队，为后来成为哈勃太空望远镜的概念进行了详细设计。美国宇航局于1968年开始着手该项目。1974年，国会作为后阿波罗计划、越南战争时期美国空间科学削减的一部分，取消了所有资金。斯皮策和他在天文学界充满活力的盟友为该项目的智力、教育和精神重要性进行了热情辩护。他们还提出了一个降低望远镜成本的方案。国会最终同意，不仅支持哈勃，还支持美国宇航局的整个大型天文台计划。

很少有人在学术界之外还记得这段曲折的往事，但如果没有莱曼·斯皮策的努力，“LST”这个概念就不会成为哈勃太空望远镜，它继续以其从太空边缘和时间的视角拍摄的星系图像让我们惊叹。它没有被命名为斯皮策太空望远镜的主要原因是美国宇航局不以在世人物命名的政策。莱曼·斯皮策在普林斯顿大学保持健康和科学活跃，直到1997年3月31日他突然去世——在他82岁时，在一个正常工作日的中间。2003年发射的SIRTF，则获得了分享斯皮策名字的荣誉。

具有讽刺意味的是，斯皮策太空望远镜留下的莱曼·斯皮策的印记比哈勃少。（SIRTF更有可能以南希·罗曼的名字命名，她是美国宇航局的第一位首席天文学家，也是空间望远镜的另一位主要倡导者。她于2018年去世，所以也许很快就会有合适的纪念活动。）但斯皮策本人和斯皮策太空望远镜在这方面有很多共同之处：两者都是富有远见的，完全致力于扩大人类的视野范围，并探索深空的巨大奥秘。

从2003年12月18日任务开始，到上周的结束，斯皮策望远镜利用其红外传感器共观测了80万个目标：翻滚的恒星托儿所、螺旋星系的尘埃结构以及围绕其他恒星运行的行星。在其工作的各个方面，它都远远超出了其承诺。

起初，斯皮策的预期寿命只有2.5年。其寿命受限于液氦冷却剂的供应：温暖的物体会发出自己的红外线，而斯皮策会被自身红外光所蒙蔽，除非它被冷却到-268摄氏度（-450华氏度）。通过精心管理任务，美国宇航局的工程师们使冷却剂的寿命延长了五年多。然后，他们想出了另一种方法来榨取天文台更多的使用寿命。他们意识到，有些仪器即使没有冷却剂也能继续工作，并主张延长“斯皮策温暖任务”。

在红外天文学家眼中，“温暖”意味着-243摄氏度，或零下406华氏度。斯皮策就这样又工作了11年，基本上是以零额外成本成为一个全新的红外空间任务。最终，望远镜在其他方面也显示出其年龄。它的轨道使其越来越落后于地球绕太阳运行，通信越来越困难，并耗尽了其电池的极限。这就是为什么美国宇航局的规划者最终决定让这个大胆的空间望远镜退役。它将永远留在太阳轨道上，也许有一天会成为未来考古学家——或路过的外星人——感兴趣的空间遗迹。

一艘航天器的死亡，就像一个人的死亡一样，是一个悲伤的时刻。是的，我明白斯皮策只是一台由金属、硅、塑料和铍组成的机器，但它也是其中所有人类希望和梦想的体现。莱曼·斯皮策通过他的同名太空望远镜得以延续，正如斯皮策太空望远镜的辉煌成就将在未来的任务和研究中得以延续一样。

（何时才能真正发射的）詹姆斯·韦伯太空望远镜将以更精细的细节探索红外宇宙。即将推出的广域红外巡天望远镜将采取更广泛、更全景的方式来绘制红外天空图。但事实上，关于宇宙的每一个新发现都将闪耀着斯皮策（无论是人还是机器）的灵感火花。

我无法在一篇短文中总结斯皮策遗产的庞大规模；你可以在斯皮策网站上乐此不疲地花费数小时独立探索（我强烈建议这样做！）。我在图中的几张图片中标记了一些亮点，并想通过强调一个尤其值得注意的发现来结束。

斯皮策在发现非凡的TRAPPIST-1行星系统方面发挥了关键作用，该系统中有七颗地球大小的行星围绕着一颗附近的红矮星运行。

该系统将成为寻找地外生命的典型测试案例。至少有两颗TRAPPIST-1行星运行在宜居带内。没有人知道它们是否真的宜居，更不用说它们是否真的存在生命了，但该系统非常适合提供答案。研究这七颗行星将展示一个行星系统中条件的差异。了解那里的条件将告诉我们，小型的红矮星是否能够维持适合生命存在的行星。

红矮星是最常见的恒星类型，而像TRAPPIST-1周围的行星可能是在宇宙中最普遍的生命栖息地。斯皮策太空望远镜已经告诉我们去哪里寻找答案。正如莱曼·斯皮策所预期的那样，我们在那里发现的东西将改变我们对人类与宇宙关系的根本看法。

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