<p>300天的數(shù)據(jù)催生了40年的紅外天文學(xué)</p> <p>&nbsp;</p> <p>瑪西&middot;哈伯著(加州理工學(xué)院/IPAC)</p> <p>&nbsp;</p> <p>當(dāng)美國宇航局的詹姆斯&middot;韋伯太空望遠(yuǎn)鏡(JWST)于2022年發(fā)布了第一批期待已久的圖像時(shí)，激勵了下一代天文學(xué)家和天文愛好者，可能很少有人知道這些令人驚嘆的圖像是由一顆名為紅外天文衛(wèi)星(IRAS)的小型太空衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)的。</p> <p>&nbsp;</p> <p>IRAS發(fā)射于40年前的今天，即1983年1月25日，它是第一個(gè)在紅外波段對天空進(jìn)行全面、可靠調(diào)查的太空望遠(yuǎn)鏡。&ldquo;探索者&rdquo;系列衛(wèi)星的62個(gè)獨(dú)立探測器在10個(gè)月的時(shí)間里掃描了96%以上的天空，捕獲了大約35萬個(gè)紅外光源，并繪制了一幅引人注目的銀河系新星圖。IRAS的紅外波長使它能夠深入觀察在可見光波段被遮擋的氣體云和塵埃云，研究極冷的物體，以及研究遙遠(yuǎn)宇宙中的物體。這些來源的特征是正常恒星、新形成的恒星仍然嵌在它們的原生氣體云和塵埃云中、具有極端性質(zhì)的恒星、正常星系和超發(fā)光星系，它們的大部分能量都在紅外、彗星和小行星中發(fā)射。</p> <p>&nbsp;</p> <p>四十年后，研究人員繼續(xù)定期訪問該任務(wù)的目錄。天體物理學(xué)數(shù)據(jù)系統(tǒng)(ADS)列出了2018年至2022年發(fā)表的大約3500篇同行評議論文，這些論文引用了IRAS數(shù)據(jù)或目標(biāo)，平均每年超過500篇。IRAS數(shù)據(jù)集位于加州理工學(xué)院IPAC的NASA紅外科學(xué)檔案館(IRSA)。僅在2022年，用戶就向IRSA提交了超過23.7萬份IRAS數(shù)據(jù)查詢。</p> <p>&nbsp;</p> <p>IRAS任務(wù)是美國、荷蘭和英國空間機(jī)構(gòu)之間的一個(gè)聯(lián)合項(xiàng)目，催生了天文學(xué)的新研究領(lǐng)域。美國科學(xué)小組由加州理工學(xué)院的Gerry Neugebauer領(lǐng)導(dǎo)，其中包括加州理工學(xué)院的Tom Soifer，他后來成為了IPAC斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)中心的主任?，F(xiàn)任IPAC主任喬治&middot;海盧(George Helou)曾在該任務(wù)中擔(dān)任博士后。</p> <p>&nbsp;</p> <p><img src="https://www.ipac.caltech.edu/system/media_files/binaries/151/large/IRAS_construction.png?1674687540" alt="IRAS Construction" width="808" height="530" />&nbsp;</p> <p>即將完成的IRAS航天器在噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的潔凈室</p> <p>&nbsp;</p> <p>Charles&ldquo;Chas&rdquo;Beichman是上世紀(jì)90年代IPAC的前任主任，現(xiàn)任加州理工學(xué)院/IPAC NASA系外行星科學(xué)研究所(NExScI)的執(zhí)行主任，作為JPL的工作人員參與了IRAS任務(wù)，研究與太陽類似的恒星。這次任務(wù)產(chǎn)生了許多驚喜。他說:&ldquo;我們很早就發(fā)現(xiàn)，我們使用的校準(zhǔn)星織女星，由于碎片盤的存在，有一個(gè)巨大的紅外過量。&rdquo;&ldquo;在我看來，這導(dǎo)致了系外行星科學(xué)的誕生&mdash;&mdash;我們在發(fā)現(xiàn)第一批行星本身的10年前就發(fā)現(xiàn)了行星的特征。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>對天文學(xué)家來說，&ldquo;碎片盤&rdquo;是由巖石和塵埃組成的彌散帶，它們可能是行星形成早期的殘留物，就像我們太陽系中的小行星帶一樣。這些碎片太過稀疏和微小，無法直接成像&mdash;&mdash;天文學(xué)家必須努力工作才能在我們的太陽系內(nèi)找到局部小行星&mdash;&mdash;但由于來自其中心恒星的光的溫暖，它的集體熱光可以通過紅外望遠(yuǎn)鏡測量。這種&ldquo;多余&rdquo;的紅外亮度與預(yù)期的更熱的恒星發(fā)射相比顯得很突出。在夜空中第五亮的恒星(也被稱為天琴座阿爾法星)周圍發(fā)現(xiàn)的碎片盤支持了行星由圍繞年輕恒星運(yùn)行的氣體和塵埃盤形成的理論。<img src="https://www.ipac.caltech.edu/system/media_files/binaries/152/small/IRAS_detector_array.png?1674687576" alt="IRAS Detector Array" width="434" height="640" />&nbsp;</p> <p>1995年飛馬座51號發(fā)現(xiàn)了第一顆系外行星，但I(xiàn)RAS證明了天基紅外天文學(xué)在技術(shù)上是可行的，對天體物理學(xué)的幾乎每個(gè)分支來說都是非常令人興奮的。IRAS的成功導(dǎo)致了更大更強(qiáng)大的紅外望遠(yuǎn)鏡，包括美國宇航局的斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡，寬視場紅外巡天探測器(WISE)，以及最近的JWST。未來的任務(wù)，如近地天體勘測者將繼續(xù)利用紅外技術(shù)來發(fā)現(xiàn)潛在危險(xiǎn)的小行星和彗星。IRAS還推動了esa領(lǐng)導(dǎo)的任務(wù)，包括紅外空間天文臺(ISO)，赫歇爾，在某種程度上還有普朗克，以及jaxa領(lǐng)導(dǎo)的任務(wù)AKARI。</p> <p>&nbsp;</p> <p>Beichman說，他正在用JWST的6.5米望遠(yuǎn)鏡觀察一些目標(biāo)，就像他40年前用IRAS的60厘米望遠(yuǎn)鏡觀察的一樣，包括北落師門、織女星和繪面二。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;我研究的一條主線是尋找原恒星和行星，從大質(zhì)量恒星和行星開始，向下推到像我們的太陽這樣的恒星，最終到像我們的地球這樣的行星。&rdquo;Beichman說。&ldquo;我用IRAS的目標(biāo)是找到太陽類型的恒星，而不是更明亮的O星和B星，這是地面望遠(yuǎn)鏡唯一能探測到的東西。有了IRAS，就有可能向下尋找像太陽這樣的恒星，它們形成后的最初幾百萬年就被捕獲了。行星是顯而易見的下一步，但雖然IRAS無法探測到行星，但它確實(shí)發(fā)現(xiàn)了碎片盤，這是行星形成時(shí)代留下的固體物質(zhì)環(huán)，是行星形成的標(biāo)志。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;繪衛(wèi)二有一個(gè)非常明亮的碎片盤，是由IRAS探測到的，很快就被日冕儀觀測到，揭示了一個(gè)壯觀的邊緣盤。這是一個(gè)典型的形象。噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的Rich Terrile觀察了這顆恒星，因?yàn)镮RAS觀測到一個(gè)巨大的紅外過量，這超過了恒星本身的預(yù)期發(fā)射。&rdquo;Beichman說，并指出Beta Pic現(xiàn)在有兩顆確認(rèn)的行星，是JWST的密集觀測目標(biāo)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>IRAS也被認(rèn)為徹底改變了天文學(xué)家處理、共享和處理數(shù)據(jù)的方式。事實(shí)上，IPAC是作為IRAS任務(wù)的數(shù)據(jù)處理中心而建立的，因此它最初的名字是:紅外處理和分析中心。同時(shí)，IPAC的科學(xué)家和工程師開發(fā)了早期版本的工具，以訪問大型天體目錄。其中許多仍在IPAC上使用。他們還使用了(當(dāng)時(shí)的)尖端技術(shù)，比如特殊的圖形顯示，這是標(biāo)準(zhǔn)單色命令行界面的一個(gè)升級。<img src="https://www.ipac.caltech.edu/system/media_files/binaries/153/small/RocketDelta3910Launch.png?1674687615" alt="Rocket Delta 3910 Launch" width="434" height="640" />&nbsp;</p> <p>Beichman說:&ldquo;我們只獲得了300天的數(shù)據(jù)，但隨后花了幾年時(shí)間在IBM 360計(jì)算機(jī)上生成目錄和圖像。&rdquo;&ldquo;IPAC的很多工作人員每天都在處理數(shù)據(jù)。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>IPAC成立于加州理工學(xué)院校園，是噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室和加州理工學(xué)院的合作項(xiàng)目，旨在招待一系列對這些革命性數(shù)據(jù)集感興趣的美國和國際科學(xué)家。事實(shí)上，IRSA是最早的電子天文數(shù)據(jù)檔案之一。&ldquo;NASA意識到目錄和圖像是如此豐富，他們應(yīng)該用這些數(shù)據(jù)資助社區(qū)工作。&rdquo;Beichman說。&ldquo;我們會安排訪客&mdash;&mdash;沒有互聯(lián)網(wǎng)，沒有Zoom，沒有虛擬工作。如果你想要訪問數(shù)據(jù)，你必須來到帕薩迪納市，使用我們的目錄和圖像處理工具，并與我們的科學(xué)家合作，他們將與你一對一地合作，幫助你完成你的項(xiàng)目。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>IRAS和IPAC的一項(xiàng)主要貢獻(xiàn)是證明，在軌道上獲得數(shù)據(jù)后的幾個(gè)月內(nèi)，可以公開可靠的、記錄良好的和科學(xué)就緒的數(shù)據(jù)產(chǎn)品。</p> <p>&nbsp;</p> <p>自那以后，IPAC繼續(xù)執(zhí)行其使命，在許多波長上實(shí)現(xiàn)變革性研究，與研究界合作，支持當(dāng)前和未來的太空和地面任務(wù)，但I(xiàn)RAS將永遠(yuǎn)被銘記為IPAC在支持美國和國際天文學(xué)家界方面重要作用的起點(diǎn)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>貝奇曼說:&ldquo;是IRAS讓IPAC出名。&ldquo;對我來說，IRAS的持久遺產(chǎn)之一是與這樣一個(gè)偉大的國際科學(xué)家和工程師團(tuán)隊(duì)合作，他們使任務(wù)及其數(shù)據(jù)產(chǎn)品成為可能。我想起了莎士比亞的《亨利五世》中王子的演講，&lsquo;我們少數(shù)人，我們幸福的少數(shù)人，我們一幫兄弟&rsquo;，他們將在阿金庫爾并肩作戰(zhàn)，或者在我們的情況下，為IRAS工作。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p><img src="https://www.ipac.caltech.edu/system/media_files/binaries/154/medium/InfraredSky.png?1674687819" alt="Infrared Sky" width="808" height="548" /> 這張圖像顯示了幾乎整個(gè)天空，從紅外波長看，以半度分辨率投影，由紅外天文衛(wèi)星(IRAS)六個(gè)月的數(shù)據(jù)組裝而成。明亮的水平帶是銀河系的平面，星系的中心位于圖片的中心。(因?yàn)殂y河系離我們很近，所以我們看到的整個(gè)天空都是銀河系，如圖所示。然而，IRAS處理后的數(shù)據(jù)顯示了天空中較小的區(qū)域，揭示了銀河系之外的數(shù)千個(gè)來源。)這些顏色代表了望遠(yuǎn)鏡四個(gè)波段中的三個(gè)波段探測到的紅外發(fā)射&mdash;&mdash;藍(lán)色是12微米;綠色是60微米，紅色是100微米。較熱的材料呈藍(lán)色或白色，較冷的材料呈紅色。橫過圖像的朦朧的水平s形特征是太陽系平面上塵埃發(fā)出的微弱熱量。照片中可見的天體是蛇夫座(銀河中心正上方)和獵戶座(平面下方最亮的兩個(gè)點(diǎn)，最右邊)的恒星形成區(qū)域。大麥哲倫云是相對孤立的點(diǎn)，位于平面下方，中間偏右。黑色條紋是天空中在望遠(yuǎn)鏡運(yùn)行的前六個(gè)月里沒有被掃描到的區(qū)域。來源:美國國家航空航天局/姓名</p> <p>&nbsp;</p> <p><img src="https://www.ipac.caltech.edu/system/media_files/binaries/155/medium/GalacticCenter.png?1674687890" alt="Galactic Center" width="806" height="938" /> 這張銀河中心(明亮的左上方區(qū)域)和蛇夫座恒星形成區(qū)域的圖像是紅外天文衛(wèi)星(IRAS)根據(jù)數(shù)據(jù)重建的早期圖像。雖然IRAS并不是為拍攝天空圖像而設(shè)計(jì)的，但該數(shù)據(jù)集掃描了背景紅外水平的低水平、廣泛變化，后來被確定為&ldquo;紅外卷云&rdquo;。IPAC的科學(xué)家和工程師們意識到，他們可以使用掃描來重建天空的實(shí)際圖片。來源:美國國家航空航天局/姓名</p> <p>&nbsp;</p> <p><img src="https://www.ipac.caltech.edu/system/media_files/binaries/156/medium/VisibleLightCoronograph.png?1674687971" alt="Visible Light Coronograph" width="808" height="805" /> IRAS最初發(fā)現(xiàn)了大量過量的紅外輻射，這使得天文學(xué)家拍攝了像這里所示的可見光日冕成像。隨后的日冕儀觀測揭示了兩顆木星大小的環(huán)繞行星的存在。信貸:ESO / a m。拉格朗日等人。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學(xué)態(tài)度觀點(diǎn)。</p> </blockquote>