飛在天上的望遠(yuǎn)鏡

沈葉華

人類自孩童時(shí)起，便對望不到頂、看不到邊際、繁星點(diǎn)點(diǎn)的天空充滿了好奇與疑問。直到17世紀(jì)，意大利天文學(xué)家伽利略才用望遠(yuǎn)鏡，看到月球上的山川大地，木星自己的“月亮”，以及土星的土星環(huán)。隨著一代更比一代高倍、清晰的望遠(yuǎn)鏡問世，人類將目光延伸至浩瀚的太空。到了19世紀(jì)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)想“看”得更多，已看得很遠(yuǎn)很遠(yuǎn)的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡不夠用了，于是“第三只眼”——紅外望遠(yuǎn)鏡誕生了。

宇宙中的萬物散發(fā)著多種電磁波：y射線、X射線、紫外線、可見光、紅外線、微波、無線波、長波。我們的肉眼只能識(shí)別其中一種：可見光。其余電磁波（包括紅外線），我們是一律看不到的。

也就是說，我們只能看到發(fā)出可見光的那一小部分天體，對于許多發(fā)出紅外線的天體，我們是兩眼一抹黑的，盡管我們對滿天星斗百看不厭。想一睹天宮玉闕的精巧壯美，我們須使用

可見光只是電磁波譜中的一小段，分為七色：紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫紅外望遠(yuǎn)鏡。為此，人類已將數(shù)個(gè)搭載紅外望遠(yuǎn)鏡的衛(wèi)星（簡稱“紅外衛(wèi)星”）送人太空，它們拍回的照片刷新了我們對天體物質(zhì)的認(rèn)識(shí)。

可是，把一顆搭載紅外望遠(yuǎn)鏡的衛(wèi)星送入太空既工作量大，又耗時(shí)長，而且還須花費(fèi)巨款。有沒有簡便的替代方法呢？能把紅外望遠(yuǎn)鏡直接架設(shè)在高山上，就像山頂上天文臺(tái)里的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡那樣嗎？很遺憾，大氣中的水蒸氣吸收了來自太空的大部分紅外線，即便架設(shè)在高山頂上，紅外望遠(yuǎn)鏡也很難獲得理想光源。

好在99%的水蒸氣聚積在大氣的最底層，即離地面約10公里的對流層。如果我們往上走，離開對流層，不就能甩掉水蒸氣的干擾，接收天空中的紅外光了嗎？正是如此，對流層往上是同溫層（距離地面10～50公里），同溫層里水蒸氣少，空氣干燥，紅外線特別強(qiáng)烈，是紅外望遠(yuǎn)鏡發(fā)揮作用的廣闊舞臺(tái)。這就是說，必須把紅外望遠(yuǎn)鏡架在云朵之上，這才有了把紅外望遠(yuǎn)鏡放在飛機(jī)上的創(chuàng)舉——全球唯一一臺(tái)機(jī)載的紅外望遠(yuǎn)鏡：同溫層紅外線天文臺(tái)。

“同溫層紅外線天文臺(tái)”是美國宇航局與德國航空太空中心正在開展的科研合作項(xiàng)目。它的吸睛之處是機(jī)身上有一個(gè)黑乎乎的大洞：洞里就是紅外望遠(yuǎn)鏡。簡單地說，這個(gè)天文臺(tái)就是“一架飛機(jī)+一臺(tái)紅外望遠(yuǎn)鏡”。

這個(gè)飛行的天文臺(tái)的“心臟”——紅外望遠(yuǎn)鏡由德國航空太空中心提供。它重19噸，反射望遠(yuǎn)鏡直徑2.5米。它的球面軸承、減震器等確保了紅外望遠(yuǎn)鏡不會(huì)因隨飛機(jī)顛簸而震動(dòng)，可以獲得穩(wěn)定的數(shù)據(jù)和清晰的照片。

美國宇航局購買了這架可載客232人的波音客機(jī)，對飛機(jī)的里里外外進(jìn)行了大改造。他們用隔板將機(jī)艙分隔為頭、尾兩部分。機(jī)尾部分用于安放紅外望遠(yuǎn)鏡，機(jī)身左后側(cè)切割出一個(gè)大洞，洞口長約4米，寬約6米（洞口可以開關(guān)），紅外望遠(yuǎn)鏡就是通過這個(gè)洞“觀看”宇宙。機(jī)頭部分用作科學(xué)家的工作區(qū)，原客機(jī)內(nèi)的座椅被拆除，換上工作臺(tái)、科學(xué)儀器……

從1997年至2010年，美國宇航局花了13年才將這架波音客機(jī)翻修改造成今日的移動(dòng)天文臺(tái)。2010年底，同溫層紅外線天文臺(tái)正式啟航，為人類探索紅外線的世界開路架橋。

因?yàn)榘滋鞜o法收集紅外光，同溫層紅外線天文臺(tái)只能在夜間工作，每周“上班”3～4次，每次飛行約10小時(shí)：晚上8點(diǎn)起飛，次日清晨6點(diǎn)降落機(jī)場。飛翔在距離地面13公里的高空（稍高于普通民航客機(jī)），它把99%的水蒸氣拋在腳下。紅外望遠(yuǎn)鏡的洞口打開，攬收來自太空的紅外線。機(jī)上約20名科學(xué)家（工作人員）緊張地工作著：有的校準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡，有的查看實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，有的協(xié)調(diào)科學(xué)家與機(jī)長的需求……

這個(gè)機(jī)載的紅外望遠(yuǎn)鏡探索內(nèi)容包括：恒星的誕生與死亡;新星系的形成;太空中的各種分子;太陽系的行星、彗星、小行星;星云與星系;各天體的磁場;星系中心的黑洞等。

見識(shí)一下它為我們揭示的宇宙奧秘吧。2019年4月，同溫層紅外線天文臺(tái)發(fā)現(xiàn)了氫化氦。科學(xué)家認(rèn)為，氫化氦是宇宙大爆炸后形成的第一種分子。有了它，才通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生了第二、第三、第四種……分子，再經(jīng)過上百億年的演化，形成了我們今天所見的恒星、行星、星系等五光十色的太空世界。但經(jīng)過數(shù)十年的探測，科學(xué)家一直沒找到氫化氦。終于在2019年，同溫層紅外線天文臺(tái)不負(fù)眾望，在NGC7027行星狀星云中發(fā)現(xiàn)了它，證實(shí)了宇宙發(fā)展的階段史。

飛行的紅外望遠(yuǎn)鏡能追蹤觀測天體物質(zhì)。它曾奮力追趕冥王星、海衛(wèi)一（海王星的衛(wèi)星）落在地球上的影子，并在追上的短短兩三秒內(nèi)，收集其大氣的密度、成分等信息。

同溫層紅外線天文臺(tái)探索太空至今有9年了，取得了豐碩成果。它還有一個(gè)勝過紅外衛(wèi)星的優(yōu)勢：能夠緊跟最新科技成果，及時(shí)更換先進(jìn)的科學(xué)儀器，而衛(wèi)星升空后就無法改動(dòng)了。

同溫層紅外線天文臺(tái)為人類收集紅外線，破解紅外線，追尋更遙遠(yuǎn)、更微弱、更易逝的紅外線——它將人類對宇宙的探索帶上了一個(gè)新的高度。

（編輯 文 墨）