Astronomy 版 (精华区)

发信人: reise (旅行), 信区: Astronomy
标  题: 空间红外天文台 
发信站: 哈工大紫丁香 (2003年12月09日21:24:16 星期二), 站内信件


　　中科院上海天文台 虞南华

　　美国东部时间8月25日凌晨1点35分39秒，美国宇航局在佛罗里达州卡纳维拉尔
角空军基地，发射了空间红外天文台。红外天文台包括一架红外望远镜，口径85厘
米，搭载红外阵列照相机、红外谱仪、多波段成像光电仪，总重865千克，是目前
世界上发射的最大的红外望远镜。红外天文台的运行轨道为日心轨道，跟踪地球轨
迹前进，周期372天。观测波段为3～ 
180微米，由于地球大气的阻隔，在地面上是无法观测到这个波段的。空间红外天
文台是美国宇航局四大空间天文台的第四个，也是最后一个，它们分别在四个不同
波段上观测宇宙。前三个分别是哈勃空间望远镜、康普顿伽玛射线天文台和钱德拉
X射线天文台，它们在可见光、伽玛射线、X射线波段上观测宇宙。空间红外天文台
为我们打开了一扇观测宇宙的新窗口。

　　空间红外天文台是美国宇航局“探索宇宙起源计划”的一个里程碑。“我们从
哪里来?芽”，“我们是孤独的吗?”这些问题随着空间红外天文台投入使用，都有
可能得到回答。它将帮助我们撩开宇宙神秘的面纱。

　　我们设想一下，当我们聆听交响乐的时候，如果只能听到C音和其附近的几个
音符，那么，我们将无法领略整首乐曲的美妙结构。对天文学家，情形正是如此，
他们只能在可见光的范围内了解宇宙。我们的眼睛能够探测到的只是宇宙能量的一
小部分。这一能量的其余部分是以无线电波、微波、热、X射线、伽玛射线等形式
出现的，科学家统称之为电磁辐射。不同类型的辐射有不同的频率、波长和能量。
波长越短，能量和频率越高。反之亦然。在波谱的一端是无线电波，频率低，能量
低，波长长。在另一端是伽玛射线，频率高，能量高，波长极短。介于两者之间是
可见光光谱。我们眼睛所见的颜色反映了光的波长、能量和频率。可见光光谱的一
端是红光，相对来讲，频率低，能量低，波长长，另一端是紫外光，相对来讲，频
率高，能量高，波长短。可见光的波长从约0.7微米到0.4微米之间。红外光在可见
光谱红端的外面，它比红光具有更低的能量和更低的频率，因此，称之为“红外”
。红外辐射从约1微米(近红外)到200微米及以上(远红外)。

　　宇宙中绝对零度以上的(-273.15摄氏度)物体都会发出电磁辐射。辐射的类型
取决于物体的温度。例如，能辐射伽玛射线的物体，其温度必须超过十亿摄氏度。
伽玛射线是最富能量的光，伽玛射线望远镜能捕捉到一些最极端、最震撼的事件，
如超新星爆发和中子星碰撞。更为大家所熟悉的天体，如恒星，温度在一万摄氏度
左右，主要辐射可见光。按照这一模式，温度更低的天体，几百摄氏度或更冷，和
人体温相同的温度，就主要辐射红外光了。因此，红外望远镜是探测冷宇宙，或者
说不可视宇宙的绝佳工具，包括那些飘浮在恒星之间的巨大的宇宙尘云，在可见光
领域难以探测到的，太遥远，太微弱的绕恒星运动的行星。我们银河系的中心存在
巨大的星际尘云，后面可能隐藏着大质量的黑洞，在近红外和中红外光下，这片尘
云就变得透明了，天文学家期待着能够瞥见这一令人惊叹的现象。

　　当宇宙膨胀的时候，来自遥远星系的星光发生红移，最终变为红外光。早期宇
宙中的恒星、星系和其他星体发出的辐射如今都处在红外波段。空间红外天文台将
让我们看到十亿年前的宇宙，帮助我们了解最初的星体是如何诞生的，它们的化学
成分是怎样的。我们将更好地理解我们身处的宇宙和世界。

　　在两年半到五年的设计寿命期间，空间红外天文台将研究围绕恒星周围的行星
形成盘的结构和化学成分，这有助于寻找类地行星，大家普遍认为这种行星上存在
生命。空间红外天文台还将研究所谓褐矮星等问题。一些科学家认为，这将解释宇
宙中普遍存在的暗物质。空间红外天文台还将研究太阳系内的行星、小行星和彗星
。

　　为了达到预设的科学目标，和以往的红外观测计划相比，空间红外天文台在技
术上有许多改进。这些改进大大降低了研发、发射和运行成本。它使用了红外探测
器阵列技术，灵敏度提高了一百万倍。在8000千米的高空，空间红外天文台可以探
测到一台电视遥控器的脉冲信号。这种技术是美国国防部在上世纪80年代发展起来
的，用于高背景温度，波长小于30微米的环境下。后来，在天文上，发展成为在低
背景温度，高灵敏度环境下应用，适用的波长范围从近红外一直拓展到了远红外。
空间红外望远镜的主镜、副镜和支撑结构几乎完全用轻巧的金属铍来制造。金属铍
具有高坚固度密度比(密度低，牢度强)，良好的热导性，低的冷却热等优点。望远
镜的总重量控制在50千克以下。金属铍望远镜不仅不受热膨胀变化的影响，而且有
极好的体积稳定性，不容易变形。空间红外望远镜的轨道设计是十分巧妙的。它在
日心轨道上跟踪着地球的轨迹前进，它将以0.1天文单位／年的速率漂离地球，从
而为望远镜创造了一个好的温度环境。由于红外主要是热辐射，因此望远镜必须冷
却到接近绝对零度(-273摄氏度)，这样才能不受望远镜自身热辐射的干扰。在绕地
球运行的轨道上，由于地球不仅反射来自太阳的可见光，而且辐射红外波，因此，
地心轨道上的卫星沐浴在250K的温度下。漂移的日心轨道把望远镜置于“深空”中
，那儿的温度只有约30～40K。这样，就大大减少了携带冷却剂液氦的数量，从原
先设计方案的3800升减到现在的360升，大大减轻了飞船的载重量。和以往的冷发
射技术对比，这被称为“暖发射”技术。如此，不需要用昂贵的大力神火箭，只要
用成本较低的德尔塔火箭就可以发射了。

　　空间红外天文台采用的先进技术和预期的科学发现将用于今后的“探索宇宙起
源计划”，如詹姆斯-韦伯空间望远镜，类地行星发现者等等。它将为人类探索宇
宙的计划作出重大贡献。 
 

--
※ 来源:·哈工大紫丁香 bbs.hit.edu.cn·[FROM: 202.118.239.19]