斯必泽空间望远镜
斯必泽空间望远镜
简介
斯必泽空间望远镜（Spitzer Space Telescope，缩写为SST）是美国宇航局2003年发射的一颗红外天文卫星，是大型轨道天文台计划的最后一台空间望远镜。斯必泽空间望远镜耗资8亿美元，原名为空间红外望远镜设备（SIRTF），2003年12月，经过公众评选，该卫星以空间望远镜概念的提出者、美国天文学家莱曼斯必泽的名字命名。望远镜工作在波长为3-180微米的红外波段，以取代先前的红外线天文卫星（IRAS）。
构造
斯必泽空间望远镜总长约4米，重量为950千克，主镜口径为85厘米，用铍制作。除此之外还有3台观测仪器，分别为：
红外阵列相机（IRAC），大小为256×256像素，工作在3.6、4.5、5.8和8微米4个波段。
红外摄谱仪（IRS），由4个模块组成，分别工作在5.3-14微米（低分辨率）、10-19.5微米（（高分辨率）、14-40微米（低分辨率）和19-37微米（高分辨率）。
多波段成像光度计（MIPS），工作在远红外波段，由3个探测器阵列组成，大小分别为128×128像素（24微米）、32×32像素（70微米）和2×20像素（160微米）。
为避免望远镜本身发出的红外线干扰，主镜温度冷却到了5.5K。望远镜本身还装有一个保护罩，为的是避免太阳和地球发出的红外线干扰。
银盘上充满了大量的尘埃和气体，阻挡了可见光，因此在地球上无法直接用光学望远镜观测到银河系中心附近的区域。红外线的波长比可见光长，能够穿透密集的尘埃，因此红外观测能够帮助人们了解银河系的核心、恒星形成，以及太阳系外行星系统。
功能
与“哈勃”一样，它也是用一位著名天文学家的名字命名的。斯必泽（Lyman Spitzer,Jr.1914～1997年）是20世纪最伟大的科学家之一，在天体物理方面做出了杰出贡献，他也是最早提议将望远镜送入太空的人。虽然“斯必泽”与“哈勃”都是在太空工作的望远镜，但是“斯必泽”是观测天体红外波段的望远镜，而 “哈勃”是以光学观测为主的望远镜，这两台望远镜工作的波段不相同。
斯必泽空间望远镜虽然不比它口径大很多，但得益于红外探测设备的快速发展，性能上有了显著的提高。2003年8月25日，斯必泽空间望远镜在美国佛罗里达州的卡纳维拉尔角由德尔塔Ⅱ型火箭发射升空，运行在一条位于地球公转轨道后方、环绕太阳的轨道上，并以每年0.1天文单位的速度逐渐远离地球，这使得一旦出现故障，将无法使用航天飞机对其进行维修。
研究
如何才能克服大气层对天体辐射的阻挡与吸收呢？早在20世纪40年代，斯必泽就首次提出要将望远镜送入太空去观测那些被大气阻挡在外面的天体辐射。随着空间时代的到来，把望远镜送到地球大气层以外进行天文观测才成为可能，于是才有了空间望远镜。空间观测设备与地面观测设备相比，具有极大的优势。不仅是在地面上观测不到的紫外线、X射线、γ射线以及大部分红外波段的天体辐射，空间望远镜都能观测到，而且即使是光学望远镜，到了大气层以外也可以接收到比在地面更宽的波段，短波甚至可以延伸到100纳米；而且在太空没有大气抖动，分辨本领可以得到很大的提高；空间没有重力，仪器也不会因自重而变形。
空间观测具有极大的优越性，但是空间观测设备造价非常昂贵，既需要高新技术为基础，又需要大量经费的支持，使得许多弱小国家不得不望洋兴叹。从20世纪90年代开始，美国宇航局（NASA）实施了一项规模浩大的空间探测工程—－“大天文台项目”。这个大项目中共包括四架覆盖不同波段的空间望远镜，号称“四大天王”。“四大天王”之首是1990年升空的哈勃空间望远镜，它的观测波段主要在可见光，还有一部分紫外和近红外，至今仍在正常工作。1991年“四大天王”的第二个成员康普顿γ射线天文台发射升空，在γ射线波段探测宇宙，于2000年6月完成任务后被实施人工坠海。“四大天王”的第三个成员是钱德拉X射线天文台，于1999年发射升空，主要在X射线波段探测宇宙深处的高温高能天体，如黑洞、类星体等。现在也还在正常工作。“四大天王”的第四个成员就是我们今天的主角——斯必泽空间红外望远镜。20世纪70年代，美国的科学家就开始筹划空间红外望远镜。起先打算设计成用航天飞机搭载的红外望远镜，多次反复升空进行观测。1983年以后决定将红外望远镜送到轨道上做长期的观测。2003年8月25日，在肯尼迪空间中心，由1枚德尔塔2型火箭将它送入太空。“斯必泽”望远镜镜身长4.45米，直径约2米。望远镜主镜是一个直径85厘米的透镜。配有3台观测仪器，它们是红外阵列照相机、红外摄谱仪和多波段成像光度计，能够拍摄宇宙天体的3～180微米的红外辐射。望远镜总重865千克。这是迄今为止全世界最大的也是灵敏度最高的空间红外望远镜，它超常的灵敏度能够探测到地面上不可能探测到的信号。望远镜耗资大约12亿美元。
科学目标
科学家们为“斯必泽”制定了四大科学目标。
寻找太阳系之外的行星
这是天文学家多年以来持之以恒的一个努力方向。在可见光波段很难发现它们，因为行星的光芒会被恒星的光芒淹没。而在红外波段，恒星与行星的光谱特征具有明显的区别，所以在红外波段就可能比较容易发现太阳系以外其他恒星周围的行星。探索行星是怎样形成的
按照目前流行的理论，行星是在恒星周围的尘埃盘中形成的。通过观察不同演化阶段的尘埃盘，得出有关行星形成的过程。这项工作在可见光波段也很难完成，因为尘埃的遮挡使我们看不清那里发生了什么事情。红外观测则能够穿透尘埃的阻挡，揭示出那里面的奥秘。
研究陌生的河外星系
在“斯必泽”升空之前，欧洲的“红外天文卫星”发现一些在红外波段辐射很强而可见光辐射却很弱的河外星系，这些星系大多数都是正在合并或者正在发生相互作用的星系。还有一些星系具有一个能够释放巨大能量的星系核，叫做活动星系。人类对于具有强烈红外辐射的星系和活动星系都还了解得比较少，“斯必泽”的第三项科学目标就是大力开展对这些陌生星系的观测和研究，以便更深入地了解它们。
观测遥远星系，揭示早期宇宙图景
哈勃空间望远镜曾经拍摄到130亿光年之遥的宇宙深空，那里密密麻麻分布着很多星系。远在130亿光年之遥的光需要130亿年的时间才能到达我们这里，所以我们看到的应该是130亿年以前宇宙的图景。“哈勃”的观测集中在可见光和紫外波段，“斯必泽”的观测集中在红外波段，两者的结合将得到更加完美的观测成果。
意义
“斯必泽”是接收天体红外辐射的望远镜。这种望远镜必须在接近绝对零度（绝对零度=摄氏零下273度）的超低温条件下才能正常工作。为使它保持超低温，消除望远镜自身散发出的红外线的影响，保证其检测到的红外线都来自于其他天体，必须要给它装上液体氦或液氢。空间红外望远镜技术复杂，造价昂贵，且寿命短，因为一旦它的液体氦或液氢使用完了，它也就寿终正寝了。“斯必泽”设计的最短寿命为2.5年，目标寿命在5年以上。“斯必泽”是第一台与地球同步运行的太空望远镜，它的轨道也非常独特，是躲在地球的后面，与地球保持同样的角速度绕太阳旋转。这个轨道可使望远镜免受太阳的直接照射，等于给望远镜提供了一个天然的冷却源，这样就可以少带一些液氦，不仅减轻了望远镜自身的重量，同时也节省了资金。
由于采用了大型红外阵列成像技术，“斯必泽”可以将目前的观测范围扩展上百万倍，甚至能够穿越气团和尘埃去分析恒星的诞生和死亡，帮助科学家揭开未知天体的神秘面纱，了解宇宙早期的模样。通过斯必泽望远镜，天文学家能够对银河系及其它星体有更多的了解，尤其是对那些在宇宙大爆炸之后形成的星体进行进一步的观测。“斯必泽”在太空工作3年来，取得了令人瞩目的观测成果。NASA网站陆续公布了“斯必泽”获取的大量图像，使我们的耳目一新，大大地丰富了人类对宇宙的认识。
已到中年的“斯必泽”，目前的工作速度并没有减慢，仍在干劲十足地迎接预定观测时间的最后期限。而负责这个项目的科学家们正在预想在液氦用尽之后让望远镜再小规模运行两年。因为在冷却剂耗尽之后，“斯必泽”本身反射并驱散多余热量的能力可以使它的温度满足其红外照相机阵列4个通道中的两个正常运转。我们想象不到“斯必泽”还会给我们带来什么样的惊喜。有人说斯必泽空间红外望远镜可以和哈勃空间望远镜相媲美，甚至能比“哈勃”探索到更深层的宇宙空间，这话的确没错。