斯皮策望遠鏡：以我之眼，觀此寰宇

本文作者Michael Rowan-Robinson在此評價了一本關於NASA“斯皮策”（Spitzer）望遠鏡任務的書籍，他認為此書寫得非常扣人心絃，但是似乎不夠全面。

紅外天文學揭示了一個動態的宇宙。通過紅外輻射（比可見光波長更長的電磁輻射），天文學家可以研究星際氣體和散佈其間的塵埃粒子、恆星的誕生和死亡、行星的形成以及星系碰撞時大量新生恆星的湧現。自從1800年威廉·赫歇爾（William Herschel）使用溫度計發現超出可見光譜紅端的紅外輻射後，該領域就逐漸發展起來。到了二十世紀中後期，它已經發展得枝繁葉茂，從地基觀測到空中觀測，再到最終的太空望遠鏡觀測。

斯皮策太空望遠鏡（Spitzer Space Telescope）拍攝的天鷹星雲。 　　來源：NASA/JPL-Caltech/ Institut dAstrophysique Spatiale

在《天外有天》一書中，Michael Werner 和Peter Eisenhardt專注於2003年發射的斯皮策太空望遠鏡（Spitzer Space Telescope），因為二人已經為其工作了幾十年。他們毫不掩飾地宣揚該望遠鏡任務所取得的成就，比如成像外太陽系中的矮行星，探測宇宙中最遙遠的星系等。

斯皮策太空望遠鏡以美國天體物理學家萊曼·斯皮策（Lyman Spitzer，1914-1997）的名字命名，是一臺直徑85釐米的望遠鏡，能夠在太空中被動冷卻至絕對零度以上26度（26開爾文）；液氦低溫恆溫器進一步將其搭載的三臺儀器——紅外陣列相機、多波段成像光度計和紅外攝譜儀——冷卻至1.2開爾文。斯皮策望遠鏡處在一個不尋常的環日軌道上，它由地球引力牽引並慢慢遠離地球，現在距離地球軌道的另一端大概還有三分之二的距離。

斯皮策望遠鏡是1983年至2009年間首次亮相的六架紅外望遠鏡其中的一架。（我很幸運能夠參與其中五架望遠鏡的運作，有的是作為整個任務或者其中某臺儀器的科學團隊的一員，有的是作為主要巡天項目的負責人或聯合負責人。）第一架是紅外天文衛星（IRAS， Infrared Astronomical Satellite），於1983年發射，是美國、荷蘭和英國的聯合項目。隨後是歐洲航天局（ESA， European Space Agency）的紅外空間天文臺（Infrared Space Observatory，1995年），日本的光（Akari，2006年），ESA的赫歇爾空間天文臺（Herschel Space Observatory，2009年）以及NASA的寬視場紅外巡天探測器（WISE，Wide-field Infrared Survey Explorer，2009年）。

在某些方面，斯皮策望遠鏡是最引人注目的。正如Werner和Eisenhardt所寫，人們花了32年的功夫才把它送上發射臺。最初的提議（1971年）是把它作為一項航天飛機搭載的任務，這比開創性的自由飛行巡天任務IRAS的構想要早了五年，之後斯皮策望遠鏡項目就經歷了資金削減、項目取消和內容壓縮的不幸遭遇。然而，包括作者在內的科學團隊不忘初心，堅持了下來，並使該項目取得累累碩果。也許是因為斯皮策望遠鏡的曲折經歷已經由George Rieke在其2006年出版的《最後的大天文臺》（The Last of the Great Observatories）一書中生動地描述過了，Werner 和Eerenhardt只將其記錄在附錄當中。這樣一來，他們也失去了分享一些勵志故事的機會。

技術人員在為NASA斯皮策太空望遠鏡做發射前最後的準備工作。 　　來源：NASA/JPL

斯皮策望遠鏡的第二個不同尋常之處在於，在2009年完成其名義任務並且冷卻劑已經耗盡後，它開始了“附加任務”。儘管其上大多數儀器已經無法再發揮作用，但紅外陣列攝像機中的兩個最短波長相機仍然可以在26開爾文的溫度下運作。目前它們仍在運行。

《天外有天》一書提到的斯皮策望遠鏡在這額外十年所取得的成就，讓我大開眼界。最值得注意的是斯皮策望遠鏡所揭示的系外行星、外太陽系天體以及圍繞恆星運轉的盤狀塵埃和碎片帶（類似於太陽系的柯伊伯帶（Kuiper belt））。IRAS於1983年首次在其他恆星周圍探測到盤狀結構，但斯皮策望遠鏡極大地擴展了我們對其與行星形成之間關係的理解。人們迄今為止已發現140多個類似於冥王星的柯伊伯帶天體，其中45個是由斯皮策望遠鏡貢獻的。

以上這些話題以及外太陽系和彗星的章節是該書原創性最強的部分；涉及到的大部分材料都比較新。2014年至2017年的重點就包括了對一顆近地小行星的成像和質量測定，以及通過測量其引力如何影響來自背景恆星的光而探測到一顆系外行星。Werner和Eisenhardt還深入討論了關於紅外波段觀測銀河系以及近鄰星系麥哲倫星雲（Magellanic Clouds）等的見解。在紅外波段星系計數的枯燥章節之後，兩位作者討論了類星體和活躍星系核、星系團、恆星形成的歷史以及斯皮策望遠鏡在估計最遙遠星系紅移中的作用，這對於像斯皮策這樣一個尺寸的望遠鏡來說是一項了不起的成就。

Werner和Eisenhardt同時也提到，NASA如何將斯皮策望遠鏡第一年的大部分觀察時間用於六個旨在留下長久科學遺產的大型項目。這些項目涵蓋了各種各樣的科學目標。例如，GLIMPSE是一項觀測銀河系的工程，而SWIRE、COSMOS和GOODS則在不同程度上探測了銀河系外宇宙。在我看來，這些項目啟發了該任務之後的運作：最終，NASA批准了30多個科學遺產項目。然而，該書幾乎沒有對這些項目進行系統性的闡述。

這本書的標題借鑑了莎士比亞《哈姆雷特》中哈姆雷特的宣言：“天地之大，赫瑞修，比你所能夢想到的多出更多。（There are more things in heaven and earth， Horatio，/Than are dreamt of in your philosophy。）”在本書之外，關於紅外天文學的故事還有很多。來自其他航天任務和地基項目的貢獻在本書中往往只是一帶而過。對我來說，我其實更想看到更多解讀斯皮策望遠鏡觀測結果的理論工作。而對於一般讀者，書中的許多科學圖表也許會令人感到困惑。

然而，斯皮策望遠鏡及其成功絕對應該得到詳細而權威的描述，這就是《天外有天》這本書所做的。Eisenhardt同時也是2009年12月啟動的WISE任務科學團隊的成員之一。相比之下，Werner將他的整個科學生涯都投入到斯皮策望遠鏡項目中了，這會是他一生的榮耀。