曾经代替了“哈勃”望远镜。现如今它和哈勃一样也即将退役了,这个“斯皮策”望远镜所观察太空

文章作者:管理一号 | 2019-12-23
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耗资7亿美元的“斯皮策”太空望远镜。从前替代了“哈勃”望远镜。现如今它和哈勃相同也即将退役了,这个“斯皮策”望远镜所调查太空的方法比较特别。它专门用于接收穿透力强的红外线,从而能够观测厚密星际云团中恒星和行星的构成进程。也就是说,世界尘埃是遮挡不住它窥视的目光。

即将退役的“斯皮策”太空望远镜,能带给科学家什么?

神奇的“红外”视线

用红外线来观测太空这个主意很早就有了,大约是在20世纪70年代末期就有人提出了,开始的理念是在宇宙飞船上树立一座红外观测台。历经数十年,“斯皮策”总算上天了。它的使命就是:通过观测红外线而加深对宇宙的了解。红外线很适于研讨那些不像太阳和其他恒星那样烈焰熊熊的物体,因为它们基本不宣布可见光,却释放很多红外线。更重要的是,红外线能有效穿透尘云,因而我们能对太空中的隐蔽地区一览无余。

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利用红外线,“斯皮策”太空望远镜开辟了更宽广的视界。没有辜负人们的希望,运转只是数月之后,“斯皮策”望远镜就超出了设计者们最乐观的预期。它调查到了重生行星的明显证据,并且向人们展示出,行星构成过程之奇怪,其多样性所显现的千奇百怪程度远远超乎人们之前的想象。

地球上的人们最熟悉的星系当然是太阳系。人们研讨的最多的星系也是太阳系。这种单一的研讨目标显得非常单调。而凭借“斯皮策”太空望远镜,科学家们发现了新的“太阳系”。他们发现,在一颗类似太阳的恒星周围可能有类地行星正在形成。

新的“太阳”正在形成

天文学家经过观察认为,这颗名为“HD12039”的恒星距地球大约137亿光年,年龄约为3000万年,大致相当于我们的太阳在其形成了约80%、我们的地月系统刚刚诞生时的状态。“斯皮策”望远镜的红外波段观测才能更是派上了用场,天文学家预算出了这颗恒星的其他目标:它的表面温度大约是3000至4000摄氏度,比太阳表面温度略低;亮度比太阳高8%;而质量比太阳大2%;这些数据都与年轻时的太阳相似。

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这颗恒星与太阳系最相似的当地在于,它具有一个以碎石为主的环带。这个碎石环带与恒星的间隔大约相当于太阳系中木星到太阳的间隔,大约是4至6个天文单位。而所谓一个天文单位,也便是地球到太阳的间隔,约1.5亿千米。这个碎石环带十分类似于我们太阳系的小行星带。此外,这个环带的温度约在零下163摄氏度左右,远比其他类太阳恒星所具有的环带更温暖。这表明这一环带十分活跃,或许不断有碎石物质补充进来。

天文学家以为,与太阳系的成长情况比较,这个环带邻近很可能正在构成或刚刚构成类地行星(即岩石行星),这颗行星诞生中的剩余碎石构成了环带,而行星和恒星两者引力的影响,又约束了环带。“HD12039”的年纪比较契合类地行星诞生的条件,此外环带轨迹的位置也契合类地行星诞生的要求。换句话说,很有可能在这个环带邻近产生和地球类似的行星。

行星怎么形成?

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那么从理论上来讲,行星是怎样构成的呢?天文学家很久之前就提出了制作行星的基本办法。这种办法最简略不过:拿一团星际分子云(基本成分是低温气体和尘土),悄悄摇动,再等各种成分的运动停息下来。气体和尘土开始在本身重力效果下坍缩,大量物质向中心聚集,构成了恒星的雏形。然而,初始星云的任何细小旋转在收缩过程中都会显着扩大。旋转运动会将物质压成一个气体和尘土构成的圆盘,在100万年间向内旋转并降落在新生恒星上。圆盘里剩余的物质开始构成行星。这一过程清楚地解说了为何我们太阳系的一切行星都顺同样的方向旋转,而且轨道几乎在一个平面上。

这些理论究竟是否符合太空中所观察到的实际情况呢?在长期的太空观测中,人们发现了理论的许多不足之处。天文学家首次发现太阳系外还有行星在围绕其他恒星运转。出乎所有人意料的是,这些星系与咱们的太阳系天壤之别。许多星系有所谓的“热木星”,也便是轨迹间隔恒星极近的巨大气体行星,温度超过1000华氏度。还有许多新发现的行星以高度椭圆的轨迹运转,有时间隔恒星很近,有时又非常远。这也与太阳系行星一般挨近圆形的轨迹不同。

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研究者曾经认为行星自构成之后方位就不再变化,但“热木星”的存在标明,在行星生命早期,轨迹常常会剧烈变化。大行星或许在一开始间隔恒星比较远,然后由于引力作用呈螺旋状靠近。这种轨迹改动或许毁灭已经构成的像地球这样的小型行星,由于向内运动的大行星会像保龄球撞倒球瓶一样摧毁小行星。因此行星构成的时刻和体积,或快或慢,是大仍是小,这些问题至关重要。

实践走在了理论的前列

电脑模仿显示小型的陆地行星很可能构成比较慢,但这些也只是估测。天文学家不仅需求理论的支持,更重要的是,他们需求正在构成行星的实在星系的实在数据。”这正是“斯皮策”望远镜每天所取得的。

罗切斯特大学的天文学家丹·沃特森负责将摄谱仪得到的新恒星“Cohen-Kuhi4”的长波和短波数据结合起来,这颗恒星归于金牛星座,距离地球420光年。光谱能显示恒星以不同波长开释能量的多少,每个波长对应一种温度。恒星自身会构成单峰值的光谱,大量能量集中在炽热的短波上。环绕恒星的低温尘埃盘会开释出很多长波红外线,在光谱中构成另一个峰值。但沃特森看到的与两种形式都不相符。明显这是一颗年青的恒星,明显它周围有低温尘埃盘,但有什么东西将尘埃盘的红外信号“咬”掉了一大块。

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沃特森说:“尘埃盘内环部分开释的光完全消失了。我当即想到了这意味着什么。”他将数据整理好,传送给了另一位科学家比尔·福雷斯特。福雷斯特说:“我马上知道咱们发现了一颗行星。”如果尘埃盘有一部分消失了,一定有什么东西把它清除掉了。一颗巨大行星形成后不久,它的引力会在尘埃盘中扫荡出一个环状孔洞。“Cohen-Kuhi 4”周围的缝隙很可能便是这样形成的。

“Cohen-Kuhi 4”处于演化的初期,这个阶段在以前没有人详细调查过。沃特森和福雷斯特研究之后得出结论,这颗恒星和尘埃盘大约有100万年前史,几乎是已知的出现大洞的恒星体系年龄的1/10。天文学家第一次得到证据证实,恒星形成可所以一个很快的进程。但发现“Cohen-Kuhi 4”的环形洞还只是故事的开始。从那以后,科学家们又发现了一些类似的尘埃盘和其他许多年轻的恒星。

他们从这些观察数据中得出的结论是,行星构成进程“有快有慢”。“斯皮策”望远镜研讨的尘埃盘的平均年龄有1亿年,是“Cohen-Kuhi 4”周边行星构成时期的100倍左右。这令天文学家们大为惊奇。他们原本认为行星在敏捷的构成进程中会用光周围的物质,令尘埃盘敏捷消失。但“斯皮策”的观测结果表明,尘埃盘的存在时间以及后期的行星构成进程可能要长得多。

即将退役的“斯皮策”太空望远镜,能带给科学家什么?

尘土盘不可能是最初的物质,由于最初物质会在很早之前落到恒星上;年龄比较大的恒星周围聚集这么多尘土的仅有途径是大型磕碰。必定有比较大的星体,如原始行星、巨型彗星、小行星等都从尘土盘中构成,随后又和另一个磕碰了。

研究者以为,行星在变得完全老练之前有绵长曲折的路要走。即使在十分老的星系中,大型磕碰仍在继续。而在地球上的科学家们,他们之间对各种观测结果也有不同的认识,也在活跃“磕碰”,以期寻找现实的真相。在这个过程中,“斯皮策”望远镜立下了很大的功劳,它那能够穿透尘土的眼睛,使得研究者们看到了更多的宇宙图像,从而有可能把研究深入下去。

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