天文史上的今天 | 世界最大红外空间望远镜结束使命

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欧洲“赫歇尔”空间望远镜是迄今发射的最大型红外空间望远镜。

在太空工作将近4年之后，于2013年6月17日正式结束使命。

艺术示意图：在太空运行的赫歇尔空间望远镜

来源：ESA

红外线，或者说红外辐射，简单来说就是热。这是一种波长比可见光更长的电磁波形式，肉眼无法看到红外辐射，但我们可以感受到热量。比如厨房里电饭煲发出的热量，我们的皮肤能够感受到。

宇宙中的天体也会发出热量，红外天文观测能够让天文学家们测量行星体，恒星乃至星际尘埃的温度。很多宇宙空间内的分子物质也会强烈吸收红外线。因此，对这些天体开展研究将非常需要进行红外波段的观测。

红外波段探测器对热量敏感，如图，在红外波段观察，黑色垃圾袋是透明的，可以直接观察到其后方隐藏的人的手

来源：NASA

不幸的是，由于地球大气层中水汽等成分会强烈吸收红外线，因此在地面上开展红外波段观测会很困难，除了将红外望远镜放到类似夏威夷莫纳克亚山顶这种地方，利用高海拔尽可能规避大气影响之外，最好的办法就是把望远镜直接放到太空里去。

红外望远镜的结构和光学望远镜是很像的，要说最大的区别的话，大概就是红外望远镜因为对温度很敏感，我们需要用到冷却剂，并设计特别的轨道，从而将望远镜本身的辐射降到最低，以便减少对信号的干扰。

设在天文观测圣地，夏威夷莫纳克亚山顶的NASA 红外望远镜

来源：NASA

赫歇尔空间望远镜就是一台红外波段的太空望远镜，它由欧洲制造，2009年发射之后，经过将近4年，最终由于冷却剂的耗尽，于2013年6月17日正式关机，结束任务。

赫歇尔空间望远镜是迄今最大型的红外空间望远镜，口径达到3.5米，主要工作在远红外和亚毫米波段（55~672μm）。这台望远镜也是欧洲空间局（ESA）实施的“地平线2000”（Horizon 2000）计划下的第四个，也是最后一个所谓“奠基石”项目，之前三个分别是“SOHO”（太阳与太阳风层探测器）项目，“XMM-Newton”（牛顿X射线望远镜），以及“Rosetta”（罗塞塔）彗星探测器。

欧洲“罗塞塔”彗星探测器，2004年发射，其携带的“菲莱”着陆器成为人类首个降落到彗星表面的探测器

来源：ESA

赫歇尔望远镜的主要科学目标是试图搜寻宇宙中最早形成的星系，并了解这些早期星系时如何逐渐演化为今天我们所见的星系模样的。

其他观测目标还包括星际尘埃与气体云，其中部分区域是新生恒星孕育的地方，原始行星盘，以及可能存在有机物分子成分的彗星彗尾结构等。

宇宙红外之眼

赫歇尔望远镜的红外波段数据，以及哈勃望远镜可见光波段数据叠加处理的蟹状星云图像

来源：www.herschel.caltech.edu

最开始，赫歇尔望远镜并不叫这个名字，而是叫做“FIRST”，即“远红外与亚毫米波段望远镜”的英文缩写。之后，这台望远镜被重新命名，以纪念德裔英国著名天文学家威廉·赫歇尔在1800年时最早发现了红外线。

这台望远镜的工作波段在人类肉眼可见的电磁波波段之外，这也正是这台望远镜的意义之所在。赫歇尔望远镜的工作波段恰好是宇宙很大一部分天体的辐射波段。宇宙中存在很多气体和尘埃，它们的温度很低，因而无法发出可见光，更别提X射线之外波长更短，能量更高的电磁波辐射。但这类低温物体都会在远红外以及亚毫米波段产生辐射信号。

英国天文学家，天王星的发现者威廉·赫歇尔，他也是红外线的发现者

来源：wiki

另外，恒星和其他很多天体，尽管其本身温度够高，能够产生可见光辐射，但它们常常会被大量尘埃气体云包裹的，这些尘埃气体云会吸收可见光并随后以远红外或亚毫米波形式辐射出来。

赫歇尔望远镜在将近4年的时间里进行了超过3.5万次科学观测，总观测时长超过2.5万小时，取得丰硕成果。比如在2011年8月份，赫歇尔望远镜确认在宇宙空间中存在分子形式的氧；而在2011年10月份《自然》杂志的一篇论文中，科学家们利用赫歇尔望远镜对“哈特利-2”彗星的观测，显示地球上的水体起源可能与彗星有关。

红外波段的风车星系

来源：www.herschel.caltech.edu

红外波段的仙女座星系

来源：www.herschel.caltech.edu

保持低温

为了最大程度降低太阳辐射带来的温控影响，赫歇尔望远镜发射后，经过大约60天的调整，于2009年7月份最终抵达距离地球大约150万公里的日地第二拉格朗日点（L2），沿李萨茹轨道运行。

在L2点附近运行时，赫歇尔望远镜的镜筒方向朝外，从而规避其背后的地球，太阳和月球所带来的热辐射干扰。

赫歇尔望远镜运行在日地L2点，以尽可能减少热量辐射干扰

来源：wiki

赫歇尔望远镜轨道示意图：围绕L2点做轨道运行，这需要时不时进行轨道维持

来源：ESA

但是光这样还不够，因为红外望远镜的设备必须在接近绝对零度的环境下工作：探测器本身所产生的额外热辐射同样会对信号产生干扰。要想达到这一目的，赫歇尔望远镜使用的是超低温的液氦作为冷却剂，在任务运行过程中，液氦将通过缓慢挥发的方式带走热量，从而保证仪器的低温环境。

在太空运行3年多之后，赫歇尔望远镜携带的冷却剂逐渐耗尽，望远镜的设备温度开始回升，此时观测就已经无法正常开展。2013年6月17日，欧洲空间局正式决定，赫歇尔望远镜任务结束。

编者按：

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