4月18日,美國將發射一顆新的紅外天文觀測衛星———空間紅外望遠鏡設備(STIRF)。這是美國四大天文觀測衛星中最後發射的一顆,前三顆分別是康普頓伽馬射線望遠鏡、哈勃空間望遠鏡和錢德拉X射線望遠鏡。
宇宙中的天體由於其溫度不同而發出各種波段的電磁波。一般來説,溫度越高,發出的電磁波波長越短。我們可以利用這一特性,通過觀測天體發出的電磁波,來分析它們的類型和特徵。在電磁波譜中,伽馬射線的波長最短,X射線次之,後面依次是紫外線、可見光、紅外線和射電波。康普頓伽馬射線望遠鏡和錢德拉X射線望遠鏡主要用於觀測宇宙中的高溫天體和宇宙中發生的高能物理過程。哈勃空間望遠鏡配備了可見光和紅外望遠鏡,可以觀測許多種類的天體。而STIRF是專門用於紅外觀測的衛星,可以觀測到其他望遠鏡所不能觀測到的信息。STIRF觀測的波長範圍在3至180微米,紅外波段觀測意義在於:
揭示冷狀態物質
宇宙中的物體,從微米大小的塵埃到巨大的行星,溫度範圍是3 CK至1500 CK。在這個溫度範圍內,物體輻射的大多數能量位於紅外。因此,紅外觀測對研究低溫環境,例如恒星正在其中形成的多塵恒星雲和行星的衛星及小行星冰覆蓋的表面是非常重要的。
探索隱藏的宇宙
宇宙塵埃粒子實際上遮蔽了可見宇宙的一部分,並妨礙我們觀察關鍵的天文環境。但在紅外波段塵埃是透明的,紅外觀測可探測可見光波段不能看見的區域,例如我們銀河的中心、恒星以及行星正在那裏形成的稠密星雲。
獲得光譜特徵許多原子和離子在紅外的譜特徵可用於診斷恒星大氣層和星際氣體,這些區域或是由於太冷,或是由於太多的塵埃掩蓋而不適於用可見光觀測。
追溯宇宙早期生命
由於宇宙膨脹,恒星、星系和類星體開始發射的大多數可見光和紫外輻射,現在位於紅外。宇宙中的第一個物體是怎樣和什麼時候形成的,可通過紅外觀測了解到。
SIRTF望遠鏡主反射鏡的直徑為85厘米,是目前孔徑最大的紅外望遠鏡。SIRTF研究的內容包括:尋找褐矮星和超大行星;發現和研究圍繞恒星的碎片盤;研究極亮的紅外星系和活動星系核;研究早期的宇宙。
SIRTF的科學儀器有紅外陣列照相機、紅外光譜儀和多波段成像光度計。其主要創新點有,紅外探測器陣靈敏度是地基紅外天文觀測望遠鏡的上千倍,先進的陣列式紅外探測設備可觀測到超過目前任何空間天文望遠鏡上百萬倍遠的觀測距離。SIRTF的軌道是“尾隨地球的日心軌道”,即躲在地球後面,與地球保持同樣的角速度繞太陽公轉,使SIRTF的環境溫度大約是30 CK至40 CK,而一般地心軌道的環境溫度約250 CK(紅外探測器要求在極低溫度下工作)。利用大自然作為冷卻源,SIRTF可攜帶很少的液氦,大大減輕了自身重量。
此外,SIRTF在5年的工作期間,能進行10萬次觀測。屆時,人們將獲得關於宇宙早期狀態的大量信息。
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