赫歇爾望遠(yuǎn)鏡是2009年發(fā)射的遠(yuǎn)紅外線(xiàn)望遠(yuǎn)鏡，以英國(guó)天文學(xué)家威廉·赫歇爾的名字命名，寬4米，高7.5米，是迄今為止人類(lèi)發(fā)射的最大遠(yuǎn)紅外線(xiàn)望遠(yuǎn)鏡。使命是研究恒星和星系的形成以及在宇宙時(shí)期的發(fā)展變化。
簡(jiǎn)介
“赫歇爾”太空望遠(yuǎn)鏡以英國(guó)天文學(xué)家威廉·赫歇爾的名字命名，它實(shí)際上是一臺(tái)大型遠(yuǎn)紅外線(xiàn)望遠(yuǎn)鏡。“威廉·赫歇爾”望遠(yuǎn)鏡造價(jià)10億歐元，于2009年5月14日歐洲航天局兩顆科學(xué)探測(cè)衛(wèi)星“赫歇爾”和“馬克斯·普朗克”搭乘歐洲阿麗亞娜5-ECA型火箭，從法屬圭亞那庫(kù)魯航天中心發(fā)射升空，展開(kāi)了充滿(mǎn)未知的宇宙之旅。
6月14日，地面任務(wù)控制中心發(fā)送指令，命令“威廉·赫歇爾”打開(kāi)用于保護(hù)敏感儀器免遭污染的艙門(mén)，于是，這個(gè)世界上最大的遠(yuǎn)紅外太空望遠(yuǎn)鏡“睜開(kāi)了眼睛”。“赫歇爾”望遠(yuǎn)鏡利用光電陣列和射譜儀(PACS)對(duì)渦旋星系(亦稱(chēng)M51)進(jìn)行了探測(cè)。
獨(dú)特特點(diǎn)
赫歇爾空間望遠(yuǎn)鏡將與普朗克空間望遠(yuǎn)鏡協(xié)合工作
“赫歇爾”寬4米，高7.5米，是迄今為止人類(lèi)發(fā)射的最大遠(yuǎn)紅外線(xiàn)望遠(yuǎn)鏡。“赫歇爾”望遠(yuǎn)鏡的鏡面直徑比美宇航局“哈勃”太空望遠(yuǎn)鏡大，對(duì)波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光線(xiàn)極為敏感，即遠(yuǎn)紅外線(xiàn)和直徑小于1毫米的光線(xiàn)。光電陣列和射譜儀可以覆蓋較短的光譜，而成像光譜與測(cè)光儀則用于捕捉較長(zhǎng)的光譜。在艙門(mén)打開(kāi)以后，光電陣列和射譜儀可以立即對(duì)宇宙展開(kāi)探索，而成像光譜與測(cè)光儀只有到2013年6月16日才開(kāi)始展開(kāi)首次觀測(cè)，其探測(cè)目標(biāo)可能包括太陽(yáng)系中的天體以及遠(yuǎn)距離目標(biāo)。
除了長(zhǎng)就一雙““慧眼”硬X射線(xiàn)調(diào)制望遠(yuǎn)鏡”，“赫歇爾”望遠(yuǎn)鏡還攜帶了約2000升超流體氦，后者可以起到冷卻望遠(yuǎn)鏡的作用，讓望遠(yuǎn)鏡的內(nèi)部工作溫度接近絕對(duì)零度（零下273.15攝氏度），從而盡可能地降低儀器本身的輻射，達(dá)到最優(yōu)的觀測(cè)效果。與太陽(yáng)相比，宇宙中其他星體的表面溫度相對(duì)較低，因此，雖然它們以紅外線(xiàn)波段釋放能量，但很難被太空望遠(yuǎn)鏡察覺(jué)。“赫歇爾”則可以憑借尖端的儀器，探測(cè)到更多遠(yuǎn)紅外線(xiàn)范圍內(nèi)的宇宙星體，包括銀河系內(nèi)和銀河系之外的星體。此外，它還能夠?qū)?a href="/hebeideji/7893440430145174678.html">宇宙塵埃和氣體進(jìn)行觀測(cè)，探索銀河系之外恒星的形成，發(fā)現(xiàn)宇宙形成的奧秘。
工作任務(wù)
為觀星首開(kāi)“完全窗口”
多數(shù)宇宙星體以紅外線(xiàn)波段釋放能量，在可見(jiàn)波譜中呈現(xiàn)出黑色團(tuán)狀。在“威廉·赫歇爾”未投入工作之前，相關(guān)的宇宙紅外線(xiàn)觀測(cè)都是不完全的。歐洲航天局專(zhuān)家認(rèn)為，“赫歇爾”將與“馬克斯·普朗克”協(xié)同工作，揭開(kāi)紅外波譜天文學(xué)勘測(cè)的新篇章。
地面上的望遠(yuǎn)鏡無(wú)法有效地通過(guò)紅外光線(xiàn)觀測(cè)宇宙天體，原因是紅外光線(xiàn)多數(shù)被地球大氣層中的水霧所阻擋。其他太空望遠(yuǎn)鏡僅能觀測(cè)特定紅外波段的范圍，只能透過(guò)“模糊窗口”展示太空景象。而通過(guò)紅外線(xiàn)波譜，“赫歇爾”提供了一個(gè)廣泛觀測(cè)宇宙的“透明窗口”，將能更好地探測(cè)宇宙中未曾觀測(cè)到的物質(zhì)。
在太陽(yáng)系，“威廉·赫歇爾”將檢測(cè)小行星、柯伊伯帶和彗星，它們很可能是早期太陽(yáng)系形成時(shí)的殘留物質(zhì)，可能掌握著包括地球在內(nèi)的太陽(yáng)系行星形成之初的原始物質(zhì)比如水存在的痕跡。而“赫歇爾”的一個(gè)重要探測(cè)目標(biāo)，就是在這些星體中發(fā)現(xiàn)水是否存在。同時(shí)，天文學(xué)家還期望通過(guò)“赫歇爾”發(fā)現(xiàn)另一種人類(lèi)所熟知的分子——氧氣。天文學(xué)家推測(cè)星際介質(zhì)中大量存在著氧氣，但至今沒(méi)有任何觀測(cè)儀器在星際中探測(cè)到氧氣的存在。
“威廉·赫歇爾”還將在銀河系研究恒星形成區(qū)域，進(jìn)而首次探索恒星早期形成歷程和銀河系中年輕恒星是如何形成的。通常嬰兒恒星被包裹在寒冷氣體和灰塵構(gòu)成的“子宮”中，無(wú)法觀測(cè)，但“威廉·赫歇爾”卻能穿透灰塵云觀測(cè)到。
工作程序
歐洲阿麗亞娜5-ECA型火箭發(fā)射升空
望遠(yuǎn)鏡直徑3.5米的鏡面采集的光線(xiàn)首次涌入其超低溫儀器艙或低溫恒溫器。“赫歇爾”的使命是研究恒星和星系的形成以及在宇宙時(shí)期的發(fā)展變化。2009年6月14日當(dāng)天的指令要求“赫歇爾”打開(kāi)艙門(mén)的兩根螺栓，毋庸置疑是這次任務(wù)的一個(gè)里程碑時(shí)刻。
SPIRE首席科學(xué)家馬特·格里芬(Matt Griffin)教授說(shuō)：“我們需要將蓋子打開(kāi)，否則我們無(wú)法看到天空，所以，這的確是一個(gè)重要事件。”SPIRE是安放在低溫恒溫器中的三套儀器之一。
巴黎－布爾歇國(guó)際航空航天展覽會(huì)是展示歐洲航空航天事業(yè)發(fā)展的重大活動(dòng)，屆時(shí)，歐洲航天局和歐洲航天工業(yè)將一起慶祝他們的成就。“威廉·赫歇爾”任務(wù)展示是歐洲航天局展臺(tái)的一個(gè)顯著特征。巴黎航空展在布爾歇展覽中心舉行，從6月15月持續(xù)至19日，在交易期結(jié)束后，公眾可以到場(chǎng)參觀。科學(xué)家宣稱(chēng)，他們不久便準(zhǔn)備公布“赫歇爾”望遠(yuǎn)鏡拍攝的“黎明”照片。“赫歇爾”望遠(yuǎn)鏡尚處于測(cè)試期，全面投入工作還需要幾周時(shí)間。
“赫歇爾”被看作是歐洲航天局的“旗艦”太空望遠(yuǎn)鏡，在其全面展示能力之前，天文學(xué)家和公眾必須要耐心等待。“赫歇爾”望遠(yuǎn)鏡的鏡面直徑比美宇航局“哈勃”太空望遠(yuǎn)鏡還大，對(duì)波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光線(xiàn)極為敏感，即遠(yuǎn)紅外線(xiàn)和直徑小于1毫米的光線(xiàn)。這樣一來(lái)，它就能穿透驅(qū)散可見(jiàn)波長(zhǎng)的塵埃物質(zhì)，探索宇宙中真正超低溫的空間和物體——從正在誕生的新恒星云到太陽(yáng)系中遙遠(yuǎn)的冰狀彗星。
對(duì)于觀測(cè)這些現(xiàn)象的天文臺(tái)來(lái)說(shuō)，這同樣要求它們處于超低溫的工作環(huán)境。科學(xué)家利用超流體氦用以使其儀器溫度接近“絕對(duì)零度”，即零下273攝氏度。他們是在一個(gè)被抽空的大箱子內(nèi)進(jìn)行這種操作的。這些儀器一直被鎖定在低溫恒溫器的頂部，保持極冷狀態(tài)，保護(hù)其免遭污染。在任務(wù)實(shí)施一個(gè)月左右以后，打開(kāi)艙門(mén)才被認(rèn)為是安全的。
格里芬解釋說(shuō)：“發(fā)射到太空中的任何物體都會(huì)有一些水蒸汽和其他各種污染物——易揮發(fā)氣體。在太空中，水蒸汽和這些揮發(fā)物會(huì)慢慢在茫茫太空中蒸發(fā)掉。等待這種事情發(fā)生以及確保這些污染物不在低溫恒溫器中存活是必要之舉。在低溫恒溫器中，它們可能會(huì)凝結(jié)于儀器的上面。”格里芬教授在卡迪夫大學(xué)任教。
“赫歇爾”望遠(yuǎn)鏡正在向一個(gè)距地球150公里遠(yuǎn)的觀測(cè)位置進(jìn)發(fā)，如今已完成了超過(guò)90%的路程。事實(shí)上，它與地球的距離十分理想，地面指令用不了5秒鐘就能到達(dá)“赫歇爾”望遠(yuǎn)鏡。根據(jù)控制人員探測(cè)到的“威廉·赫歇爾”溫度略微升高和晃動(dòng)等現(xiàn)象，表明艙門(mén)成功打開(kāi)。
探索成果
赫歇爾望遠(yuǎn)鏡成功發(fā)送第一條太空短信
“赫歇爾”太空望遠(yuǎn)鏡是利用英國(guó)“斯皮爾”照相機(jī)并結(jié)合搭載其上的“帕斯”照相機(jī)捕捉到銀河系內(nèi)恒星誕生照片的。“斯皮爾”照相機(jī)和“帕斯”照相機(jī)不僅揭示了銀河系內(nèi)部的新宇宙物質(zhì)，還向宇航員提供了銀河系內(nèi)宇宙物質(zhì)的信息，其中包括它們的質(zhì)量、溫度和成份，以及這些宇宙物質(zhì)是否崩塌形成新的恒星。
卡迪夫大學(xué)馬特－格里芬(Matt Griffin)教授是負(fù)責(zé)“斯皮爾”照相機(jī)項(xiàng)目的首席科學(xué)家。他說(shuō)：“我非常期望赫歇爾太空望遠(yuǎn)鏡能夠進(jìn)行此類(lèi)觀測(cè)，結(jié)合使用兩個(gè)照相機(jī)觀測(cè)銀河系是前所未有的。”格里芬還表示，“從技術(shù)角度講，能如此好地觀測(cè)銀河系，觀測(cè)結(jié)果的科學(xué)意義非常可觀。”格里芬說(shuō)：“銀河系恒星的形成看起來(lái)是一個(gè)非常騷亂的進(jìn)程。”這兩個(gè)照相機(jī)拍攝的宇宙空間區(qū)域是從地球所看到的月球大小的16倍。
卡迪夫大學(xué)德里克－沃德－湯普森(Derek Ward-Thompson)教授說(shuō)：“這些圖片細(xì)節(jié)之清晰、豐富令人非常震驚！我們從未觀測(cè)到像這樣的星際介質(zhì)，它可能揭示我們以前從未看到過(guò)的神秘恒星形成過(guò)程。赫歇爾太空望遠(yuǎn)鏡實(shí)現(xiàn)了我們的全部期望！”
赫歇爾太空望遠(yuǎn)鏡將系統(tǒng)地探測(cè)銀河系較大的區(qū)域，幫助天文學(xué)家揭開(kāi)神秘的恒星形成過(guò)程。
曾幫助建造斯皮爾照相機(jī)的該研究小組負(fù)責(zé)人皮特－哈格雷夫(Pete Hargrave)博士說(shuō)：“當(dāng)我看到這一美麗的太空情景時(shí)感到非常震驚！我們能夠非常清晰地觀測(cè)孕育恒星的宇宙物質(zhì)。”
赫歇爾空間天文臺(tái)是首次采用手機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶仗綔y(cè)器
在威廉·赫歇爾成功發(fā)射剛兩天時(shí)間，該空間天文臺(tái)開(kāi)啟了它的遙感勘測(cè)下行線(xiàn)“高速模式”，并開(kāi)始傳輸數(shù)據(jù)，這是第一次在太空中使用“高斯濾波最小頻移鍵控系統(tǒng)（GMSK）”，該系統(tǒng)功率和帶寬較大，通常用于全球移動(dòng)通信系統(tǒng)手機(jī)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸。赫歇爾空間天文臺(tái)傳輸?shù)臏y(cè)試數(shù)據(jù)已被澳大利亞新諾卡深太空跟蹤站接收。
德國(guó)達(dá)姆施塔特歐洲宇航局太空操控中心的赫歇爾－普朗克探測(cè)器飛行操作主管約翰－多茲沃思（John Dodsworth）說(shuō)：“赫歇爾具有1.5 Mbps的測(cè)試傳輸速率，大約相當(dāng)于家庭互聯(lián)網(wǎng)連接速度。”傳統(tǒng)GSM手機(jī)網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率比GMSK稍低一些，但是兩者采用的技術(shù)都是相同的。馬克斯·普朗克也采用GMSK系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，其數(shù)據(jù)傳輸能力將在該探測(cè)器試運(yùn)行階段進(jìn)行。兩個(gè)探測(cè)器將通過(guò)其科學(xué)儀器和機(jī)載分系統(tǒng)，利用GMSK基礎(chǔ)的無(wú)線(xiàn)電線(xiàn)路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
GSM標(biāo)準(zhǔn)是全球手機(jī)網(wǎng)絡(luò)最普通的調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)，已覆蓋全球212個(gè)國(guó)家和地區(qū)的80%面積，不久該網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)將延伸至150萬(wàn)公里之遙，抵達(dá)“拉格朗日2點(diǎn)”深太空軌道范圍。
威廉·赫歇爾拍攝到仙女星系的恒星形成區(qū)和低溫塵埃物質(zhì)
歐洲航天局的“赫歇爾”紅外太空望遠(yuǎn)鏡最新拍攝到著名的仙女座星系的高清晰度圖像，漂亮的環(huán)形結(jié)構(gòu)中充滿(mǎn)了星際塵埃等物質(zhì)，在“赫歇爾”望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)下呈現(xiàn)出漩渦狀的特征。來(lái)自歐洲空間局的“赫歇爾”紅外太空望遠(yuǎn)鏡幫助科學(xué)家進(jìn)一步揭示了仙女座大星系的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)，獲得了最清晰的仙女座星系圖像，可分辨出其中美麗的螺旋式低溫塵埃軌跡。
從仙女星系整體結(jié)構(gòu)上看，恒星形成區(qū)正逐漸向外側(cè)移動(dòng)，但是這個(gè)過(guò)程是相當(dāng)緩慢的，圖像中的恒星形成區(qū)如同明亮的小點(diǎn)嵌入到巨大的環(huán)形塵埃帶中。“赫歇爾”空間望遠(yuǎn)鏡配備了圖像光敏陣列相機(jī)與光譜儀、光譜與測(cè)光成像接收器，這些儀器的數(shù)據(jù)為科學(xué)家們提供了高清晰度的仙女星系圖像，在圖中藍(lán)色或者白色的區(qū)域，就是最為活躍的恒星形成區(qū)，而較暗的紅色和橙色區(qū)域則是溫度較低的寒冷區(qū)域。
協(xié)作與退役
中國(guó)協(xié)作
威廉·赫歇爾（Herschel）紅外空間天文臺(tái)是歐洲航天局所研制的最復(fù)雜的空間設(shè)備，有效壽命預(yù)計(jì)為3-4年，將成為世界頂尖級(jí)的大型空間天文臺(tái)。2005年中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)在“百人計(jì)劃”引進(jìn)人才黃茂海研究員帶領(lǐng)下，與赫歇爾的造價(jià)達(dá)一億歐元的主要儀器SPIRE項(xiàng)目簽署協(xié)議，展開(kāi)合作，正式成為其國(guó)際合作伙伴。
中國(guó)在儀器控制中心和赫歇爾總體科學(xué)公共系統(tǒng)（HCSS）研制等方面投入軟件工程力量，作為國(guó)家天文臺(tái)作出貢獻(xiàn)的回報(bào)，中國(guó)獲得兩個(gè)科學(xué)專(zhuān)家組成員名額，由國(guó)家天文臺(tái)黃茂海、李金增兩位研究員擔(dān)任。
退役
格林威治標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間2013年6月17日12:25，在德國(guó)達(dá)姆施塔特，歐洲空間控制中心(ESOC)向赫歇爾空間望遠(yuǎn)鏡發(fā)出了關(guān)閉通訊的最終指令。
實(shí)際上，早在4月29日的時(shí)候，官方就宣布它的使命結(jié)束，但實(shí)際上又使用了一個(gè)多月時(shí)間。
參考資料 >