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在这位艺术家对太空中的斯皮策太空望远镜的渲染中，背景以红外光显示

NASA正在纪念一座伟大的观测站——斯皮策太空望远镜（Spitzer Space Telescope）带来的贡献。该望远镜于2003年发射升空，在红外光下研究宇宙已经超过16年，将于1月30日结束任务，它帮助我们揭示了已知宇宙物体先前隐藏的特征，加快了从太阳系到宇宙边缘的发现和洞察。

“斯皮策太空望远镜告诉了我们宇宙红外光的重要性，无论在自己所处的宇宙、邻近的宇宙、甚至是遥远的星系，”NASA天体物理学主任Paul Hertz说：“未来我们在天体物理学许多领域取得的进步，都是因为斯皮策太空望远镜取得的非凡遗产。”

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2003年在卡纳维拉尔角空军基地，待发射的斯皮策太空望远镜

什么是红外太空望远镜？

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

冷物质、古代的光和星际尘埃的研究

斯皮策太空望远镜的设计是为了研究“冷物质、古代的光和星际尘埃”这三种天文学家在红外线下能观察到的东西。

红外光是指红外光谱上的一系列波长，从约700纳米（肉眼看不到）到约1毫米（约为针头大小）。不同的红外波长可以揭示宇宙的不同特征。例如，斯皮策太空望远镜能看到太冷而不能发出太多可见光的东西，包括系外行星（太阳系以外的行星）、褐矮星和在恒星之间的空间中发现的冷物质。

至于“古代的光”，斯皮策太空望远镜研究了一些最遥远的星系。他们中的一些天体发出的光到达我们这里时已经传播了数十亿年，使科学家能够看到这些天体很久以前的样子。事实上，斯皮策太空望远镜和哈勃太空望远镜（主要在可见光和更短的红外波长下观测）共同发现并研究了迄今为止观测到的最遥远的星系。我们从那个星系看到的光是在134亿年前发射的，当时宇宙年龄只有现在的5%。除此之外，这两个观测站发现的早期星系比科学家预期的还要早。通过研究离我们更近的星系，加深了我们对宇宙形成过程中星系形成的理解。

斯皮策太空望远镜还对星际尘埃有敏锐的洞察力，星际尘埃在大多数星系中都普遍存在。它与大量云中的气体混合，可以凝结成恒星，残骸可以孕育行星。通过一种叫做光谱学的技术，斯皮策可以分析尘埃的化学成分，了解形成行星和恒星的成分。

2005年，NASA的深度撞击任务故意撞上坦普尔1号彗星时，斯皮策太空望远镜分析了被溅起的尘埃，得出了早期太阳系中可能存在的物质清单。更重要的是，斯皮策在土星周围发现了一个以前未被发现的环，由可见光观测站看不到的稀疏尘埃粒子组成。此外，当可见光不能穿透尘埃时，一些红外线波长的光可以穿透尘埃，这使得斯皮策太空望远镜能够揭示出原本在视线范围内仍被遮挡的区域。

“这是非常惊人的，当你看到了斯皮策太空望远镜一生中所做的一切，从检测太阳系中的小行星，到了解我们所知道的最遥远的星系。”斯皮策太空望远镜的项目科学家说。

为了加深他们的科学见解，斯皮策太空望远镜的科学家们经常将他们的发现与许多其他天文台的发现结合起来，其中包括NASA其他的两个大型天文台哈勃和钱德拉X射线天文台。

在此图像中，老的和冷的恒星为蓝色，而炽热的大质量恒星则点亮了尘埃以微红色的色调显示。

其他系外行星的研究

斯皮策的一些最伟大的科学发现，包括那些关于系外行星的发现，并不是任务最初的科学目标的一部分。研究小组使用了一种称为凌日法的技术来确认TRAPPIST-1系统中是否存在两颗地球大小的行星。凌日法是寻找行星在其前方经过时在恒星光线中产生的倾角。然后，斯皮策太空望远镜在同一个系统中又发现了五颗地球大小的行星，并提供了它们密度的关键信息，这是迄今为止在一颗恒星周围发现的最大一批类地系外行星。

斯皮策是最早区分来自系外行星的光的观测站之一，他首次利用了同样的能力：探测系外行星大气中的分子（先前的研究已经揭示了系外行星大气中的个别化学元素）并且它也提供了系外行星大气中温度变化和风的第一次测量。

加州帕萨迪纳加州理工学院IPAC斯皮策太空望远镜科学中心经理肖恩·凯里说：“斯皮策太空望远镜在设计时，科学家还没有发现一颗正在过境的系外行星，到它升空时，我们仍然只知道少数。”斯皮策太空望远镜成为如此强大的系外行星工具，而这并不是最初的规划者所能准备的，这一事实是非常难得的，得出的一些结果也让我们大吃一惊。”

斯皮策太空望远镜拍摄的Rho Ophiuchi暗云的动态影像中，新生恒星在其出生的尘埃层下面。

工作状态

斯皮策太空望远镜的主要优势之一是它的灵敏度，也就是说，它能够探测到非常微弱的红外光源。地球是红外辐射的主要来源，试图从地面看到微弱的红外辐射源就像试图在太阳升起时观察恒星一样。这就是它的设计师们将其打造成地球跟踪轨道上第一个天体物理观测站的主要原因：斯皮策太空望远镜的探测器远离地球热源，不必与地球自身的红外辐射相抗衡。

不同的红外波长可以揭示宇宙的不同特征。一些地面望远镜可以观察到某些红外波长，并提供有价值的科学洞察力，但斯皮策太空望远镜可以获得更大视野、灵敏度，并看到许多微弱的来源，如遥远的星系。更重要的是，它被设计用来探测一些地球大气层完全阻挡的红外波长，而这些波长超出了地面观测站的探测范围。

设备本身也能产生红外线热量，所以斯皮策太空望远镜被设计成保持低温工作，工作温度低至零下267摄氏度。2009年，斯皮策太空望远镜耗尽了存储的氦冷却剂，这标志着它低温工作的结束。但是它距离地球很远，有助于防止它过度升温，它的工作温度仍然在零下244摄氏度左右。任务小组成员发现，它仍可以在两个红外波段继续观测。斯皮策太空望远镜已经常温工作了十多年，几乎是其低温工作时间的两倍。

项目过程及结果

最初的任务规划人员没想到斯皮策太空望远镜会在16年多的时间里运作，长年的工作带来了一些有价值的科学成果，但也带来了挑战，因为它漂移离地球更远了。

斯皮策项目经理Joseph Hunt说：“斯皮策号在离地球这么远的地方运行，这不在计划之内，因此该团队不得不年复一年地适应，以保持航天器的运行。但是克服这一困难，带来的使命感会让我感到非常自豪。”

2020年1月30日，工程师们将使“斯皮策”号太空望远镜退役，并停止科学运行。早在2016年NASA审查过程中，就决定结束斯皮策号太空望远镜的任务。收尾工作最初计划在2018年进行，预计将发射詹姆斯·韦伯太空望远镜，该望远镜还可以进行红外天文学研究。但詹姆斯·韦伯太空望远镜的发射被推迟了，斯皮策号太空望远镜的任务被进行了第五次也是最后一次延期。这次延期给了它更多的时间来继续创造变革性的科学工作，包括为詹姆斯·韦伯太空望远镜探路。

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。

斯皮策望远镜是NASA大型天文台计划中的四台望远镜之一，它已经证明了在多个波长的光中观测宇宙的能力

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。

斯皮策还为未来的望远镜奠定了基础，这些望远镜将在红外波段继续观测宇宙

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。

斯皮策最初的任务规划人员从未预料到这个项目会持续16年，它的延长寿命是由于任务科学家和工程师的创造力和辛勤工作

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。

斯皮策是一个涉及多个伙伴机构的合作任务

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。

斯皮策拍摄的梅西埃81号星系的宏伟旋臂。这个星系位于大熊座北部星座，距地球约1200万光年。