即将庆祝十岁生日的Spitzer(史匹哲)太空望远镜有另一好消息，它已成功转型将用 来看系外行星！当初2003年时Spitzer发射升空开始服役，系外行星观测完全是个太疯狂 的念头，当时的科学家和工程师心中全然没想到过观测系外行星这件事，所以此项目标当 然根本没列入原始设计规格中。不过，还好当初有些前瞻性的设计，很特别地打造出一个 系统稳定的环境，也留下余裕空间，今天工程人员只需再经一些巧思便能将它改造完成、 发挥新功能。系外行星是现今当红的研究领域，这故事不仅只关於一鱼两吃，也是一项可 津津乐道的工程传奇。 Spitzer(史匹哲)太空望远镜本身并非为要看系外行星量身打造，但经过工程师的扭 转乾坤，现在它已成为诸多能观测系外行星的首选望远镜之一，此张示意图说明Spitzer 能看到多种各式各样的系外行星-图中排放在它四周围的是根据系外行星不同特色而绘制 之图。http://ppt.cc/zri2（credit:NASA/Spitzer) Spitzer看红外光，肉眼可见的是「可见光」，两者略有不同，前者能量稍弱，特性 上却能够轻易地穿透宇宙尘和气体，让我们能不受阻碍地在多尘埃环境下观测到恒星育婴 房、星系中心区、新生行星系统等。 Spitzer在红外光的视力让它同样也可用来查找系外行星藏身之处。原理是，如果系 外行星经过本身恒星前面，我们观测到的恒星光量会略为下降，藉由这个微型的「食」现 象，Spitzer可估出系外行星大小。 此外，其实系外行星也发出红外光，所以，藉由在红外光波段收集到的讯号，Spitzer 还能了解到的是关於该行星的大气成分。系外行星在轨道上绕母恒星公转，行星表面各不 同区域皆在Spitzer观测中，这麽一来，红外光波段的整体变化，就可用来估算其气候状况 ，行星要是躲到了恒星後面，造成该行星的红外光亮度降低了，又可推测出行星的温度。 研究恒星形成以及行星如何在多尘埃环境中形成，向来是Spitzer最稳紮稳打，最擅 长的科学领域，但如何跨入系外行星的那个领域，就非要靠超高的灵敏度不可，并且，需 要的灵敏度更远超过原始设计规格。 话说Spitzer的设计蓝图，是早在1996年就画好的，当时不仅没观测到半颗系外行星 的掩星现象，史上无前例可循，并且，谁要是想在红外光里观测系外行星的掩星现象，所 需的灵敏度之高，更是任何红外光仪器想都不敢想的天方夜谭。 尽管如此，由於Spitzer原先设计时内建的温度变化控管极强，并且，在瞄目标恒星 的指向功能上它的配备也是超规格，有了这两种基本功，尽管研究系外行星掩星现象需要 极高精准度，但当初这两项前瞻伏笔，後来才能在满足科学研究需求上，画下八字的第一 撇。 事後诸葛来说，Spitzer难能可贵的继续参与科学研究到如今，归功的是早期那些创新 十足的规划。当时Spitzer，重装登场，满载很多冷却剂为的是要提供低温需求严苛的三座 仪器至少够用两年半，事实上，经过一场「冷却剂大作战」奋勇演出，它最後是满足了近 五年半的运转，才光荣退场，超水准演出。 冷却剂用完，故事还没完。换上当初有备而来的後援方案，Spitzer继续执勤。这座望 远镜就在被动式冷却系统环境下，继续让一组红外相机仍可在超低温下继续作业，这个所 谓超低温，大约是摄氏零下244度（换算为绝对温度等於29度K）。在红外照相机高灵敏度 没有打折的情况下，Spitzer演奏出不再极度酷冷的二部曲。虽然说是没那麽冷，别忘了， 以地球标准来说，这个温度仍然是「冷到不行」。 它用什麽来保持低温呢？撇步一是，将背向太阳的那面望远镜的壳，漆成黑的，让望 远镜的热能尽量散发太空，二是在面向太阳那面壳涂上亮亮的一层，使太阳光和太阳能面 板产生的热会直接从表面反射掉。这个Spitzer红外望远镜首开风气之先的创举，在後继太 空任务中从此成为广受采用的标准做法。 让Spitzer完美变身成「系外行星侦查队」的一员需要透过一些巧妙的乔装易容术，尤 其它早已进入太空中的轨道许久，这些後续的工程动作更不容易进行。即便它的稳定度相 当高，指向恒星时，偶尔仍有些微小的晃动，这让恒星以光点形式经过相机上的某一点像 素时，仍会有些轻微的亮度起伏，这两项因素都为测量掩星现象带来难题，测量掩星现象 本身的精细度要求就是很高。 解决之道，首先要找出哪里出了问题。如果说望远镜会抖的话，事实上它抖得很规律 ，每小时一次。这个周期正好和一组加热器的工作周期是相同，加热器的作用是要让望远 镜上的电池不低於特定温度。加热器造成星轨追踪器和望远镜中间的一支支架略弯，影响 所及，望远镜和受追踪的恒星间之相对位置就会微微抖动。 到了2010年10月，工程人员已确认到，加热器工作周期并不需要维持每小时一次，缩 短到30分钟即可，目标温度也可以只达到一半就够用，这样，晃动幅度先砍一半。 这个结果并没让他们满足太久，到了2011年9月，工程师又把Spitzer望远镜上指向控 制参考用的感应相机Peak Up也改良升级。这台Peak Up照相机在任务初期本是用来协助收 集并集中红外光，让光路对准到光谱仪，执行星轨追踪仪例行校准用，可让望远镜对得更 准。 望远镜本来在瞄准恒星或天体时，本来无可避免地就会前摇後晃，考虑到这个晃动变 因，把光会进到红外相机的哪里做到最好的控制，也就成为精确测量的关键之一。帮Peak Up相机完成了升级，天文学家能精确地将来自恒星的光点集中在像素正中央位置。 但是这个项目改良升级完毕，他们又找到着墨之处，甚至为相机上的个别像素的表现 优劣都制图追踪，基本上他们发现有一个「好球区」会专门产出品质稳定的观测结果。由 於Spitzer做系外行星观测时，所瞄准的目标有90%是比相机上的一个像素更小，甚至仅有 像素的1/4大，好好运用红外指向瞄准像机，基本上就能把定位弄得很精准，准到，直接 能把观测目标送进像素的「好球带」中，以进行时间够长的曝光。 所以，总结上述三项成果：修改的加热器工作周期、升级的红外指向集光相机、个别 规划每颗像素的好球带，加总起来，就让Spitzer的稳定性和指向精密度直接向上跳了二级 ，能以特优级的灵敏度测量系外行星掩星时微小变化。 也是经由这些工程上的精益求精，Spitzer转型成一座系外行星望远镜，未来也将协助 系外行星科学贡献许多深度的发现。(Lauren译） 新闻来源:http://asweb.asiaa.sinica.edu.tw/modules/tadnews/index.php?nsn=68 --

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