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太空红外望远镜演讲报告第一部分：优缺点科学家之所以热衷于使用红外望远镜的根本原因在于能够观测到被宇宙尘埃等物质遮挡的天体，以及部分遥远天体微弱的红外辐射，这就意味着我们通过红外图像能够看到截然不同的景象。冷却系统的作用：在外围，热屏蔽层阻止太阳的光和热对望远镜造成影响；在内部，装有冷却剂的套筒使望远镜的温度几年内保持在-200摄氏度以下。第二部分：各红外望远镜的资料斯皮策：斯皮策空间望远镜是美国宇航局大型轨道天文台的重要一员，从外观上看其长得像一个巨大的圆筒，携带了当今世界上最先进的天基红外阵列相机和红外摄谱仪。与传统红外望远镜一员，斯皮策望远镜也需要一个超级冷静的大脑，主镜面的温度环境控制在零下267摄氏度，接近绝对零度。外壳还有一个保护罩，可遮挡太阳与地球反射光产生的温度干扰，使望远镜能够捕捉到遥远宇宙的红外光。斯皮策望远镜的观测目标是宇宙诞生之后出现的第一代天体，比如早期星系和恒星，可以认为这是来自宇宙远古的光线，其中记录了宇宙120多亿年前的信息。斯皮策望远镜还在系外行星观测领域有所贡献，一旦系外行星通过恒星盘面，望远镜就能捕捉到红外辐射的变化，最终确定行星的轨道。虽然斯皮策望远镜自2021年升空在红外观测领域一枝独秀，但还是逃避不了红外望远镜的宿命，在耗尽冷却剂后结束观测使命。詹姆斯韦伯：美国宇航局正在建造的新一代空间望远镜被命名为詹姆斯•韦伯，这也是一台红外望远镜，携带了先进红外相机与导星传感器。詹姆斯•韦伯望远镜也是哈勃望远镜的继任者，造价达到88亿美元，预计在2026年发射升空。詹姆斯-韦伯望远镜采用了革命性的镜面设计，主镜面由18块1.3米跨度的六边形小镜面构成，入轨后可展开形成直径为6.5米的主镜。每个小镜面的打磨过程也非常考究，表面使用了轻质铍材料和重量为0.12盎司的黄金，堪称黄金镜面，镜面背后还有一个微调电机，整体设计相当精细，允许的变形幅度不超过38纳米。如此精密的望远镜能否在入轨后保持完好的状态也受到外界质疑，更重要的是詹姆斯•韦伯望远镜将定点在距离地球150万公里的L2点上，一旦出现故障，我们就无法派遣宇航员对其进行维修，这也意味着该望远镜发射、展开等动作需要100%成功。赫歇尔：据国外媒体报道，欧洲空间局（ESA)的“赫歇尔”太空望远镜在上周日的时候结束了它的宇宙观测使命。自从1999年升空以来，它已经进行了四年对恒星和星系形成的观测。欧洲空间局局长Jean-Jacques Dordain在巴黎航空展上曾经告诉记者说：“‘赫歇尔’太空望远镜的关闭是计划中的事情，没有任何惊讶之处。”“赫歇尔”太空望远镜的工作需要有液氦的供给，液氦可以把设备的温度降低到接近绝对零度水平（零下273.15摄氏度），这样才能更好地在红外波段进行观测。随着液氦的耗尽，“赫歇尔”也就没有办法进行工作了。实际上，早在4月29日的时候，官方就宣布它的使命结束，但实际上又使用了一个多月时间。在运行之初，“赫歇尔”望远镜携带了2300升液氦冷却剂，随着时间慢慢蒸发。当初的预计寿命是3.5年。“赫歇尔”望远镜运行主管Micha Schmidt说：“在最后一段时间里，我们利用这架精致的望远镜进行了各种测试工作，包括硬件和软件系统。这些经验对于我们研制未来的航天器有很大借鉴作用。”“赫歇尔”作为有史以来最强大的太空红外望远镜，它总共进行了35000次科学观测，收集了超过25000个小时的观测数据。这架造价达到了14亿美元的望远镜高7.5米，宽4米，重约3.4吨。它是以著名的天文学家William Herschel命名的，Herschel曾经于1781年发现了天王星。在红外观测领域，欧洲空间局的赫歇尔空间望远镜是一颗耀眼的明星，其发射于2023年，运行在距离地球150万公里的拉格朗日点利萨如轨道上。赫歇尔望远镜主要通过星载远红外仪对遥远天体进行观测，工作在远红外波段上，其镜面直径达到了3.5米，也是轨道上最大的反射望远镜之一。由于宇宙中的遥远天体时常无法被可见光望远镜捕捉到，因此欧洲空间局打造了这台观测能力超强的红外望远镜。在入轨4年的观测生涯中，拍摄到大量隐藏在遥远尘埃云背后的“隐形天体”，比如新生恒星、早期星系形成等。由于在红外观测上需要超低温环境，望远镜上的红外探头才能够捕捉到遥远天体的红外光，欧空局为其配备了超流态氮冷却剂，能够提供接近绝对零度的超低温效果。这也意味着一旦冷却剂消耗完全，那么望远镜的观测生涯也结束了，就在两年前，造价10亿欧元赫歇尔空间望远镜结束了4年任务期后报废。第三部分：红外太空图的介绍第一张好像一个巨大的眼镜，由美国宇航局的斯皮策太空望远镜拍摄。2021年8月25日，斯皮策望远镜发射升空，负责观测厚厚的尘云、朦胧的银河系核心以及宇宙内的其他隐秘区域。这架望远镜造价22亿美元，装有3台仪器，能够观测到人眼看不到的红外线。宇航局最初认为斯皮策望远镜的寿命为5年。根据科学家2022的预计，这架望远镜用于将其降至接近绝对零度的低温致冷剂即将耗尽。然而，在2023年5月15日耗尽低温致冷剂之后，斯皮策望远镜的红外阵列照相机仍能正常工作。这幅展现距地球大约650光年的螺旋星云的照片便由它拍摄。斯皮策项目组成员、哈佛大学的约瑟夫·霍拉表示：“这个星云内的红外线本质上是来自温暖尘埃和气体的热量。”第二张恒星形成区W5，也被称之为“创世之山”，在斯皮策望远镜耗尽致冷剂前拍摄。类似创世之山这样巨大的尘埃与气体云内存在着通常在可见光观测时无法看到的“恒星胚胎”，不过，斯皮策望远镜能够对这些“看不见”的区域成像，而后由天文学家根据观测数据添加色彩。在这幅照片中，蓝色代表与活跃恒星有关的红外线，红色对应的是有机分子形成的尘埃颗粒。斯皮策项目组成员、哈佛大学的霍华德·史密斯表示：“恒星并非都在宇宙诞生时形成。宇宙内一直发生着恒星形成过程。借助于斯皮策望远镜，我们能够对这一过程进行观测，了解不透明尘埃气体云内部的景象。”这个怪异的宇宙龙卷风被称之为“赫比格-哈罗49/50”，实际上是一种高速气流，由仍处在形成过程的恒星喷出。当气体与其他气云以每小时58万公里的速度相撞时，便会形成冲击波并发出红外光。霍拉说：“物质喷流是年轻恒星的标志性特征。拍摄这幅图像让斯皮策望远镜的解析度达到极限，如果是进行可见光观测，我们几乎不会在图像中看到任何东西。”银河系的侧视红外地图，利用斯皮策望远镜获取的观测数据绘制，呈现了银河系三分之一的区域。天文学家希望在2024年公布完整银河系地图。霍拉说：“通过分析恒星（浅蓝色区域）分布情况，我们进一步了解银河系的结构。借助于斯皮策望远镜，我们能够穿透尘云，了解恒星数量，星系盘如何弯曲以及银河系棒的结构。”斯皮策望远镜拍摄的猎户座星云。在2023年5月斯皮策望远镜耗尽冷却剂后，霍拉、史密斯以及其他研究人员对这架望远镜失去冷却剂后的“工作能力”进行了测试。其中一项测试就是拍摄我们熟悉的猎户座星云。测试结果表明，斯皮策望远镜可用于对同一太空区域进行多次观测并拍摄照片，帮助科学家了解这一区域发生的变化。史密斯说：“斯皮策望远镜也可用于搜寻系外行星。我们可以利用这架望远镜观测一颗恒星，如果发现恒星亮度变暗，说明有行星在其前方穿过。”一幅合成图片，由斯皮策望远镜耗尽冷却剂之前拍摄的照片与哈勃太空望远镜2021年拍摄的照片合成。在可见光照片中，草帽星系呈白色球状，非常模糊，四周被黑色尘环包围。在这幅红外图像中，尘环呈现出绚丽的色彩。霍拉说：“环中粉红色物质的来源仍旧是一个未知数。这个星系可能吞噬了少量气体或者与另一个星系发生相撞。”天鹅座的特写照片，是斯皮策望远镜2023年耗尽冷却剂后拍摄的第一幅照片。霍拉说：“我们利用斯皮策望远镜的照相机拍摄了一系列拼接照，用以确定这台望远镜是否能够以我们希望的方式工作。”目前，宇航局正在考虑继续为斯皮策项目提供资金，让观测任务持续到2025年。涡状星系图像，由斯皮策望远镜在耗尽冷却剂前拍摄的红外照片与基特峰国立天文台拍摄的可见光照片合成。图像中，两个星系正在合并。史密斯说：“在可见光照片中，这种合并并不非常明显，但红外照片却清晰地显示一个红色星系正与一个蓝色星系合并。研究星系相撞是斯皮策望远镜的一项首要任务。”斯皮策望远镜拍摄的三裂星云照片。通常情况下，恒星形成区部分被黑色气体和尘埃流遮住，但借助于斯皮策望远镜的红外视力，天文学家能够穿透这道屏障。史密斯说：“三裂星云拥有一些能够在可见光条件下观测到的恒星带，这些恒星带将星云分割成小块。在红外图像中，你能够看到它们正在向外辐射，允许我们确定这些黑色物质的构成。”除了对星云、银河系以及附近星系进行红外观测外，斯皮策望远镜也能让科学家回到过去，了解宇宙曾经的状态，这是因为遥远天体发生的光线需要很长时间才能抵达地球。多年来，斯皮策望远镜绘制了一系列呈现遥远和早期宇宙的地图。这幅照片展示的是远古时期的星系，距今已经110亿年。史密斯说：“宇宙在137亿年前诞生，借助于斯皮策望远镜进行的红外观测，我们能够了解早期宇宙的形态，了解银河系等星系如何演化。”。

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