斯皮策望远镜：以我之眼，观此寰宇

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原文作者：Michael Rowan-Robinson

本文作者Michael Rowan-Robinson在此评价了一本关于NASA“斯皮策”（Spitzer）望远镜任务的书籍，他认为此书写得非常扣人心弦，但是似乎不够全面。

《天外有天：红外天文学视角下的宇宙》

（More Things in the Heavens: How Infrared Astronomy Is Expanding Our View of the Universe）

作者：Michael Werner和Peter Eisenhardt

普林斯顿大学出版社（2019）

红外天文学揭示了一个动态的宇宙。通过红外辐射（比可见光波长更长的电磁辐射），天文学家可以研究星际气体和散布其间的尘埃粒子、恒星的诞生和死亡、行星的形成以及星系碰撞时大量新生恒星的涌现。自从1800年威廉·赫歇尔（William Herschel）使用温度计发现超出可见光谱红端的红外辐射后，该领域就逐渐发展起来。到了二十世纪中后期，它已经发展得枝繁叶茂，从地基观测到空中观测，再到最终的太空望远镜观测。

斯皮策太空望远镜（Spitzer Space Telescope）拍摄的天鹰星云。

来源：NASA/JPL-Caltech/ Institut dAstrophysique Spatiale

在《天外有天》一书中，Michael Werner 和Peter Eisenhardt专注于2003年发射的斯皮策太空望远镜（Spitzer Space Telescope），因为二人已经为其工作了几十年。他们毫不掩饰地宣扬该望远镜任务所取得的成就，比如成像外太阳系中的矮行星，探测宇宙中最遥远的星系等。

斯皮策太空望远镜以美国天体物理学家莱曼·斯皮策（Lyman Spitzer，1914-1997）的名字命名，是一台直径85厘米的望远镜，能够在太空中被动冷却至绝对零度以上26度（26开尔文）；液氦低温恒温器进一步将其搭载的三台仪器——红外阵列相机、多波段成像光度计和红外摄谱仪——冷却至1.2开尔文。斯皮策望远镜处在一个不寻常的环日轨道上，它由地球引力牵引并慢慢远离地球，现在距离地球轨道的另一端大概还有三分之二的距离。

斯皮策望远镜是1983年至2009年间首次亮相的六架红外望远镜其中的一架。（我很幸运能够参与其中五架望远镜的运作，有的是作为整个任务或者其中某台仪器的科学团队的一员，有的是作为主要巡天项目的负责人或联合负责人。）第一架是红外天文卫星（IRAS, Infrared Astronomical Satellite），于1983年发射，是美国、荷兰和英国的联合项目。随后是欧洲航天局（ESA, European Space Agency）的红外空间天文台（Infrared Space Observatory，1995年），日本的光（Akari，2006年），ESA的赫歇尔空间天文台（Herschel Space Observatory，2009年）以及NASA的宽视场红外巡天探测器（WISE，Wide-field Infrared Survey Explorer，2009年）。

在某些方面，斯皮策望远镜是最引人注目的。正如Werner和Eisenhardt所写，人们花了32年的功夫才把它送上发射台。最初的提议（1971年）是把它作为一项航天飞机搭载的任务，这比开创性的自由飞行巡天任务IRAS的构想要早了五年，之后斯皮策望远镜项目就经历了资金削减、项目取消和内容压缩的不幸遭遇。然而，包括作者在内的科学团队不忘初心，坚持了下来，并使该项目取得累累硕果。也许是因为斯皮策望远镜的曲折经历已经由George Rieke在其2006年出版的《最后的大天文台》（The Last of the Great Observatories）一书中生动地描述过了，Werner 和Eerenhardt只将其记录在附录当中。这样一来，他们也失去了分享一些励志故事的机会。

技术人员在为NASA斯皮策太空望远镜做发射前最后的准备工作。

来源：NASA/JPL

斯皮策望远镜的第二个不同寻常之处在于，在2009年完成其名义任务并且冷却剂已经耗尽后，它开始了“附加任务”。尽管其上大多数仪器已经无法再发挥作用，但红外阵列摄像机中的两个最短波长相机仍然可以在26开尔文的温度下运作。目前它们仍在运行。

《天外有天》一书提到的斯皮策望远镜在这额外十年所取得的成就，让我大开眼界。最值得注意的是斯皮策望远镜所揭示的系外行星、外太阳系天体以及围绕恒星运转的盘状尘埃和碎片带（类似于太阳系的柯伊伯带（Kuiper belt））。IRAS于1983年首次在其他恒星周围探测到盘状结构，但斯皮策望远镜极大地扩展了我们对其与行星形成之间关系的理解。人们迄今为止已发现140多个类似于冥王星的柯伊伯带天体，其中45个是由斯皮策望远镜贡献的。

以上这些话题以及外太阳系和彗星的章节是该书原创性最强的部分；涉及到的大部分材料都比较新。2014年至2017年的重点就包括了对一颗近地小行星的成像和质量测定，以及通过测量其引力如何影响来自背景恒星的光而探测到一颗系外行星。Werner和Eisenhardt还深入讨论了关于红外波段观测银河系以及近邻星系麦哲伦星云（Magellanic Clouds）等的见解。在红外波段星系计数的枯燥章节之后，两位作者讨论了类星体和活跃星系核、星系团、恒星形成的历史以及斯皮策望远镜在估计最遥远星系红移中的作用，这对于像斯皮策这样一个尺寸的望远镜来说是一项了不起的成就。

Werner和Eisenhardt同时也提到，NASA如何将斯皮策望远镜第一年的大部分观察时间用于六个旨在留下长久科学遗产的大型项目。这些项目涵盖了各种各样的科学目标。例如，GLIMPSE是一项观测银河系的工程，而SWIRE、COSMOS和GOODS则在不同程度上探测了银河系外宇宙。在我看来，这些项目启发了该任务之后的运作：最终，NASA批准了30多个科学遗产项目。然而，该书几乎没有对这些项目进行系统性的阐述。

这本书的标题借鉴了莎士比亚《哈姆雷特》中哈姆雷特的宣言：“天地之大，赫瑞修，比你所能梦想到的多出更多。（There are more things in heaven and earth, Horatio,/Than are dreamt of in your philosophy.）”在本书之外，关于红外天文学的故事还有很多。来自其他航天任务和地基项目的贡献在本书中往往只是一带而过。对我来说，我其实更想看到更多解读斯皮策望远镜观测结果的理论工作。而对于一般读者，书中的许多科学图表也许会令人感到困惑。

然而，斯皮策望远镜及其成功绝对应该得到详细而权威的描述，这就是《天外有天》这本书所做的。Eisenhardt同时也是2009年12月启动的WISE任务科学团队的成员之一。相比之下，Werner将他的整个科学生涯都投入到斯皮策望远镜项目中了，这会是他一生的荣耀。

原文 以The infrared Universe为标题

发布在2019年6月26日《自然》书籍与艺术版块

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Nature|doi:10.1038/d41586-019-01970-5

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