沈叶华
人类自孩童时起,便对望不到顶、看不到边际、繁星点点的天空充满了好奇与疑问。直到17世纪,意大利天文学家伽利略才用望远镜,看到月球上的山川大地,木星自己的“月亮”,以及土星的土星环。随着一代更比一代高倍、清晰的望远镜问世,人类将目光延伸至浩瀚的太空。到了19世纪,科学家发现想“看”得更多,已看得很远很远的光学望远镜不够用了,于是“第三只眼”——红外望远镜诞生了。
宇宙中的万物散发着多种电磁波:y射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、微波、无线波、长波。我们的肉眼只能识别其中一种:可见光。其余电磁波(包括红外线),我们是一律看不到的。
也就是说,我们只能看到发出可见光的那一小部分天体,对于许多发出红外线的天体,我们是两眼一抹黑的,尽管我们对满天星斗百看不厌。想一睹天宫玉阙的精巧壮美,我们须使用
可见光只是电磁波谱中的一小段,分为七色:红、橙、黄、绿、青、蓝、紫红外望远镜。为此,人类已将数个搭载红外望远镜的卫星(简称“红外卫星”)送人太空,它们拍回的照片刷新了我们对天体物质的认识。
可是,把一颗搭载红外望远镜的卫星送入太空既工作量大,又耗时长,而且还须花费巨款。有没有简便的替代方法呢?能把红外望远镜直接架设在高山上,就像山顶上天文台里的光学望远镜那样吗?很遗憾,大气中的水蒸气吸收了来自太空的大部分红外线,即便架设在高山顶上,红外望远镜也很难获得理想光源。
好在99%的水蒸气聚积在大气的最底层,即离地面约10公里的对流层。如果我们往上走,离开对流层,不就能甩掉水蒸气的干扰,接收天空中的红外光了吗?正是如此,对流层往上是同温层(距离地面10~50公里),同温层里水蒸气少,空气干燥,红外线特别强烈,是红外望远镜发挥作用的广阔舞台。这就是说,必须把红外望远镜架在云朵之上,这才有了把红外望远镜放在飞机上的创举——全球唯一一台机载的红外望远镜:同温层红外线天文台。
“同温层红外线天文台”是美国宇航局与德国航空太空中心正在开展的科研合作项目。它的吸睛之处是机身上有一个黑乎乎的大洞:洞里就是红外望远镜。简单地说,这个天文台就是“一架飞机+一台红外望远镜”。
这个飞行的天文台的“心脏”——红外望远镜由德国航空太空中心提供。它重19吨,反射望远镜直径2.5米。它的球面轴承、减震器等确保了红外望远镜不会因随飞机颠簸而震动,可以获得稳定的数据和清晰的照片。
美国宇航局购买了这架可载客232人的波音客机,对飞机的里里外外进行了大改造。他们用隔板将机舱分隔为头、尾两部分。机尾部分用于安放红外望远镜,机身左后侧切割出一个大洞,洞口长约4米,宽约6米(洞口可以开关),红外望远镜就是通过这个洞“观看”宇宙。机头部分用作科学家的工作区,原客机内的座椅被拆除,换上工作台、科学仪器……
从1997年至2010年,美国宇航局花了13年才将这架波音客机翻修改造成今日的移动天文台。2010年底,同温层红外线天文台正式启航,为人类探索红外线的世界开路架桥。
因为白天无法收集红外光,同温层红外线天文台只能在夜间工作,每周“上班”3~4次,每次飞行约10小时:晚上8点起飞,次日清晨6点降落机场。飞翔在距离地面13公里的高空(稍高于普通民航客机),它把99%的水蒸气抛在脚下。红外望远镜的洞口打开,揽收来自太空的红外线。机上约20名科学家(工作人员)紧张地工作着:有的校准望远镜,有的查看实时数据,有的协调科学家与机长的需求……
这个机载的红外望远镜探索内容包括:恒星的诞生与死亡;新星系的形成;太空中的各种分子;太阳系的行星、彗星、小行星;星云与星系;各天体的磁场;星系中心的黑洞等。
见识一下它为我们揭示的宇宙奥秘吧。2019年4月,同温层红外线天文台发现了氢化氦。科学家认为,氢化氦是宇宙大爆炸后形成的第一种分子。有了它,才通过化学反应产生了第二、第三、第四种……分子,再经过上百亿年的演化,形成了我们今天所见的恒星、行星、星系等五光十色的太空世界。但经过数十年的探测,科学家一直没找到氢化氦。终于在2019年,同温层红外线天文台不负众望,在NGC7027行星狀星云中发现了它,证实了宇宙发展的阶段史。
飞行的红外望远镜能追踪观测天体物质。它曾奋力追赶冥王星、海卫一(海王星的卫星)落在地球上的影子,并在追上的短短两三秒内,收集其大气的密度、成分等信息。
同温层红外线天文台探索太空至今有9年了,取得了丰硕成果。它还有一个胜过红外卫星的优势:能够紧跟最新科技成果,及时更换先进的科学仪器,而卫星升空后就无法改动了。
同温层红外线天文台为人类收集红外线,破解红外线,追寻更遥远、更微弱、更易逝的红外线——它将人类对宇宙的探索带上了一个新的高度。
(编辑 文 墨)