NASA 的斯皮策太空望远镜即将退役。什么将取而代之？| Discover Magazine

1 月 30 日，NASA 计划关闭其在过去 16 年里为宇宙提供了关键观测数据的望远镜。斯皮策为科学家提供了至关重要的红外数据，他们现在正寄望于其他望远镜来填补空白。斯皮策观测光谱中的红外部分，这是比我们肉眼可见光波长更长的光。在近红外（波长最接近可见光）区域，尘埃变得透明，使天文学家能够窥视星系中的恒星形成区域或研究较冷的恒星。在稍长的波长下，红外光可用于研究其他恒星周围的行星系统以及形成它们的盘。在最长的红外波长下，天文学家研究寒冷的尘埃和气体云，甚至可以一窥被尘埃云包裹的星系中心。斯皮策于 2003 年发射，其任务分为两个阶段。最初，斯皮策的仪器通过液氦冷却至零下 459 华氏度（零下 273 摄氏度），在低温任务期间观测波长为 3 至 160 微米的红外光。2009 年，望远镜的冷却剂耗尽，开始其“温暖”任务。斯皮策无法再观测更长的波长，但继续在 3.6 和 4.5 微米的短波长下进行观测。但斯皮策并非唯一在运行的太空望远镜，当前和未来的望远镜都具备红外感应能力。以下是斯皮策关闭后，天文学家在红外工具箱中将拥有的设备。

哈勃

哈勃太空望远镜是天文学中最著名的主力望远镜之一。它确实能够观测红外光，但其能力有限。哈勃只能探测 0.8 至 2.5 微米之间的红外光，这与斯皮策当前或过去的能力不重叠。因此，虽然哈勃无疑可以补充斯皮策和其他红外观测，但它无法取代斯皮策绘制红外天空的能力。

NEOWISE

NASA 的广域红外巡天探测器（WISE）太空望远镜使用 0.4 米的镜子，在 3.4 至 22 微米的波长范围内观测宇宙。该望远镜于 2011 年停用，后于 2013 年重新激活为 NEOWISE。如今，它被用于观测近地天体，如小行星和彗星。该望远镜仍然是红外天文学的宝贵资产，但它并不观测我们太阳系以外的宇宙，而只专注于近距离的科学研究。

詹姆斯·韦伯

詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 是 NASA 的下一代红外太空天文台。但 JWST 距离其当前计划的 2021 年 3 月发射日期仍有一年多。JWST 将在 0.6 至 28 微米的波长范围内进行观测，涵盖可见光谱的黄金色端到天文学家所说的中红外波段。这涵盖了斯皮策温暖任务目前观测的两个波长，但并未像斯皮策曾经能够观测的远红外那样深入。（中红外和远红外的定义可能有所不同，但大多数天文学家将远红外定义为大约 25 至 350 微米之间的波长。）这意味着，虽然 JWST 可以取代斯皮策，为观测例如星云、寒冷恒星、系外行星和年轻恒星周围盘的天文学家提供服务，但它无法完全取代斯皮策在低温任务期间观测极冷尘埃或某些星系中心的本领。

WFIRST

NASA 提出的宽场红外巡天望远镜 (WFIRST) 近年来时而上马，时而搁浅。如果该望远镜按计划于 2020 年代中期发射，它将使用 2.4 米的镜子在 0.48 至 2 微米的波长范围内观测近红外光。这使其观测波长与哈勃望远镜的观测波长更加接近，并且低于斯皮策的波长范围。WFIRST 的真正亮点就在于其名称。它将拥有一个宽广的视场，一次拍摄就能看到比哈勃望远镜大 100 倍的天空区域，但成像质量相同。这将极大地增加其科学研究的潜力；虽然它不会观测与斯皮策相同的波长，但其近红外范围适合许多项目，包括统计星系、超新星和系外行星的计数。那么，红外天文学家就没办法了吗？毕竟，由于地球大气层中的水会阻挡大部分红外光，因此从地面进行红外天文学观测在很大程度上是不可能的。这就是为什么望远镜要发射到太空，以便获得清晰的视野。SOFIA 是飞机上的一台天文台。它可以飞到地球大气层大部分水之上来观测红外光。NASA/Jim Ross

SOFIA

但是，事实证明，你不必去太空才能看到红外宇宙。平流层红外天文台 (SOFIA) 由安装在一架改装过的波音 747SP 飞机内的望远镜组成，该飞机飞行在 37,000 至 45,000 英尺（11,300 至 13,700 米）的高度。这使其位于地球大气层 99% 的水以上。SOFIA 观测的波长在 0.35 至 655 微米之间，这覆盖了斯皮策（包括温暖和低温任务）以及 JWST 的全部能力范围，甚至更多。

总而言之，SOFIA 是取代斯皮策全部功能的最佳选择。更妙的是，SOFIA 的镜子比斯皮策的更大（2.5 米对 0.85 米），因此在某些情况下，它能提供比即将退役的望远镜更好的图像质量。而且 SOFIA 的望远镜可以根据需要进行维修和升级，从而延长其使用寿命和能力。但是也有一些权衡。SOFIA 通常进行 10 小时的飞行，但仍需降落加油和其他维护。由于地球自转，它一次只能观测同一片天空区域最多几个小时。飞机还需要时间从一个地点移动到另一个地点，并且可能不在正确的位置来观测短暂的事件。最后，SOFIA 位于地球大气层的大部分上方——但不是全部——所以在某些情况下，观测仍然受到其上方大气层的限制。斯皮策太空望远镜是一个真正独特而 remarkable 的望远镜，它帮助天文学家揭示了我们宇宙的许多线索，从第一批恒星和黑洞到附近恒星的行星。尽管未来在没有斯皮策的情况下观测红外天空看起来会有些不同，但天文学家仍然拥有继续深入观测宇宙的工具。