赫歇爾望遠鏡

赫歇爾以英國天文學家威廉·赫歇爾的名字命名，是一台大型遠紅外線望遠鏡。寬4米，高7.5米，是迄今為止人類發射的最大遠紅外線望遠鏡。2009年5月14日歐洲航天局兩顆科學探測衛星“赫歇爾”和“普朗克”搭乘歐洲阿麗亞娜5－ECA型火箭，從法屬蓋亞那庫魯航天中心發射升空，展開了充滿未知的宇宙之旅。其主要使命是研究恆星和星系的形成以及在宇宙時期的發展變化。

命是研究恆星和星系的形成以及在宇宙時期的發展變化。6月14日，地面任務控制中心傳送指令，命令“赫歇爾”打開用於保護敏感儀器免遭污染的艙門，於是，這個世界上最大的遠紅外太空望遠鏡“睜開了眼睛”，

2013年4月29日，赫歇爾空間天文台因為致冷劑耗盡而結束任務，

基本介紹

• 中文名：赫歇爾望遠鏡
• 外文名：Herschel' telescope
• 命名：英國天文學家威廉·赫歇爾
• 屬性：大型遠紅外線望遠鏡
• 規格：寬4米，高7.5米
• 工作任務：為觀星首開“完全視窗”
• 發射時間：2009年5月14日
• 軌道周期：1年
• 質量：3300公斤

簡介

“赫歇爾”太空望遠鏡是以英國天文學家威廉·赫歇爾的名字命名，它實際上是一台大型遠紅外線望遠鏡。

“赫歇爾”望遠鏡造價10億歐元，於2009年5月14日歐洲航天局兩顆科學探測衛星“赫歇爾”和“普朗克”搭乘歐洲阿麗亞娜5－ECA型火箭，從法屬蓋亞那庫魯航天中心發射升空，展開了充滿未知的宇宙之旅。

使命是研究恆星和星系的形成以及在宇宙時期的發展變化。6月14日，地面任務控制中心傳送指令，命令“赫歇爾”打開用於保護敏感儀器免遭污染的艙門，於是，這個世界上最大的遠紅外太空望遠鏡“睜開了眼睛”。“赫歇爾”望遠鏡利用光電陣列和射譜儀（PACS）對渦旋星系（亦稱M51）進行了探測。

基本信息

獨特特點

“赫歇爾”寬4米，高7.5米，是迄今為止人類發射的最大遠紅外線望遠鏡。“赫歇爾”望遠鏡的鏡面直徑比美宇航局“哈勃”太空望遠鏡大，對波長較長的光線極為敏感，即遠紅外線和直徑小於1毫米的光線。光電陣列和射譜儀可以覆蓋較短的光譜，而成像光譜與測光儀則用於捕捉較長的光譜。在艙門打開以後，光電陣列和射譜儀可以立即對宇宙展開探索，而成像光譜與測光儀只有到2013年6月16日才開始展開首次觀測，其探測目標可能包括太陽系中的天體以及遠距離目標。

除了長就一雙“慧眼”，“赫歇爾”望遠鏡還攜帶了約2000升超流體氦，後者可以起到冷卻望遠鏡的作用，讓望遠鏡的內部工作溫度接近絕對零度（零下273.15攝氏度），從而儘可能地降低儀器本身的輻射，達到最優的觀測效果。 與太陽相比，宇宙中其他星體的表面溫度相對較低，因此，雖然它們以紅外線波段釋放能量，但很難被太空望遠鏡察覺。“赫歇爾”則可以憑藉尖端的儀器，探測到更多遠紅外線範圍內的宇宙星體，包括銀河系內和銀河系之外的星體。此外，它還能夠對宇宙塵埃和氣體進行觀測，探索銀河系之外恆星的形成，發現宇宙形成的奧秘。

工作任務

為觀星首開“完全視窗”

多數宇宙星體以紅外線波段釋放能量，在可見波譜中呈現出黑色團狀。在“赫歇爾”未投入工作之前，相關的宇宙紅外線觀測都是不完全的。歐航局專家認為，“赫歇爾”將與“普朗克”協同工作，揭開紅外波譜天文學勘測的新篇章。

地面上的望遠鏡無法有效地通過紅外光線觀測宇宙天體，原因是紅外光線多數被地球大氣層中的水霧所阻擋。其他太空望遠鏡僅能觀測特定紅外波段的範圍，只能透過“模糊視窗”展示太空景象。而通過紅外線波譜，“赫歇爾”提供了一個廣泛觀測宇宙的“透明視窗”，將能更好地探測宇宙中未曾觀測到的物質。

此行赴太空尋找“三寶”：水、氧氣和嬰兒恆星

在太陽系，“赫歇爾”將檢測小行星、柯伊伯帶和彗星，它們很可能是早期太陽系形成時的殘留物質，可能掌握著包括地球在內的太陽系行星形成之初的原始物質比如水存在的痕跡。而“赫歇爾”的一個重要探測目標，就是在這些星體中發現水是否存在。同時，天文學家還期望通過“赫歇爾”發現另一種人類所熟知的分子——氧氣。天文學家推測星際介質中大量存在著氧氣，但至今沒有任何觀測儀器在星際中探測到氧氣的存在。

“赫歇爾”還將在銀河系研究恆星形成區域，進而首次探索恆星早期形成歷程和銀河系中年輕恆星是如何形成的。通常嬰兒恆星被包裹在寒冷氣體和灰塵構成的“子宮”中，無法觀測，但“赫歇爾”卻能穿透灰塵雲觀測到。

工作程式

望遠鏡直徑3.5米的鏡面採集的光線首次湧入其超低溫儀器艙或低溫恆溫器。“赫歇爾”的使命是研究恆星和星系的形成以及在宇宙時期的發展變化。2009年6月14日當天的指令要求“赫歇爾”打開艙門的兩根螺栓，毋庸置疑是這次任務的一個里程碑時刻。

SPIRE首席科學家馬特·格里芬（Matt Griffin）教授說：“我們需要將蓋子打開，否則我們無法看到天空，所以，這的確是一個重要事件。”SPIRE是安放在低溫恆溫器中的三套儀器之一。

巴黎航空展是展示歐洲航空航天事業發展的重大活動，屆時，歐洲航天局和歐洲航天工業將一起慶祝他們的成就。“赫歇爾”任務展示是歐洲航天局展台的一個顯著特徵。巴黎航空展在布爾歇展覽中心舉行，從6月15月持續至19日，在交易期結束後，公眾可以到場參觀。科學家宣稱，他們不久便準備公布“赫歇爾”望遠鏡拍攝的“黎明”照片。截止至2013年1月，“赫歇爾”望遠鏡尚處於測試期，全面投入工作還需要一定的時間。

“赫歇爾”被看作是歐洲航天局的“旗艦”太空望遠鏡，在其全面展示能力之前，天文學家和公眾必須要耐心等待。“赫歇爾”望遠鏡的鏡面直徑比美宇航局“哈勃”太空望遠鏡還大，對波長較長的光線極為敏感，即遠紅外線和直徑小於1毫米的光線。這樣一來，它就能穿透驅散可見波長的塵埃物質，探索宇宙中真正超低溫的空間和物體——從正在誕生的新恆星雲到太陽系中遙遠的冰狀彗星。

對於觀測這些現象的天文台來說，這同樣要求它們處於超低溫的工作環境。科學家利用超流體氦用以使其儀器溫度接近“絕對零度”，即零下273攝氏度。他們是在一個被抽空的大箱子內進行這種操作的。這些儀器一直被鎖定在低溫恆溫器的頂部，保持極冷狀態，保護其免遭污染。在任務實施一個月左右以後，打開艙門才被認為是安全的。

格里芬解釋說：“發射到太空中的任何物體都會有一些水蒸汽和其他各種污染物——易揮發氣體。在太空中，水蒸汽和這些揮發物會慢慢在茫茫蒸發掉。等待這種事情發生以及確保這些污染物不在低溫恆溫器中存活是必要之舉。在低溫恆溫器中，它們可能會凝結於儀器的上面。”格里芬教授在英國卡迪夫大學任教。

“赫歇爾”望遠鏡正在向一個距地球150萬公里遠的觀測位置進發，如今已完成了超過90%的路程。事實上，它現今與地球的距離十分理想，地面指令用不了5秒鐘就能到達“赫歇爾”望遠鏡。根據控制人員探測到的“赫歇爾”溫度略微升高和晃動等現象，表明艙門成功打開。

探索成果

“赫歇爾”太空望遠鏡是利用英國“斯皮爾”照相機並結合搭載其上的“帕斯”照相機捕捉到銀河系內恆星誕生照片的。“斯皮爾”照相機和“帕斯”照相機不僅揭示了銀河系內部的新宇宙物質，還向太空人提供了銀河系內宇宙物質的信息，其中包括它們的質量、溫度和成份，以及這些宇宙物質是否崩塌形成新的恆星。

英國卡迪夫大學馬特－格里芬（Matt Griffin）教授是負責“斯皮爾”照相機項目的首席科學家。他說：“我非常期望赫歇爾太空望遠鏡能夠進行此類觀測，結合使用兩個照相機觀測銀河系是前所未有的。”格里芬還表示，“從技術角度講，能如此好地觀測銀河系，觀測結果的科學意義非常可觀。”格里芬說：“銀河系恆星的形成看起來是一個非常騷亂的進程。”這兩個照相機拍攝的宇宙空間區域是從地球所看到的月球大小的16倍。

卡迪夫大學德里克－沃德－湯普森（Derek Ward-Thompson）教授說：“這些圖片細節之清晰、豐富令人非常震驚！我們從未觀測到像這樣的星際介質，它可能揭示我們以前從未看到過的神秘恆星形成過程。赫歇爾太空望遠鏡實現了我們的全部期望！”

赫歇爾太空望遠鏡將系統地探測銀河系較大的區域，幫助天文學家揭開神秘的恆星形成過程。曾幫助建造斯皮爾照相機的該研究小組負責人皮特－哈格雷夫（Pete Hargrave）博士說：“當我看到這一美麗的太空情景時感到非常震驚！我們能夠非常清晰地觀測孕育恆星的宇宙物質。”

赫歇爾空間天文台是首次採用手機網路進行數據傳輸的太空探測器

在赫歇爾成功發射剛兩天時間，該空間天文台開啟了它的遙感勘測下行線“高速模式”，並開始傳輸數據，這是第一次在太空中使用 “高斯濾波最小頻移鍵控系統（GMSK）”，該系統功率和頻寬較大，通常用於全球移動通信系統手機網路的數據傳輸。赫歇爾空間天文台傳輸的測試數據已被澳大利亞新諾卡深太空跟蹤站接收。

德國達姆施塔特市歐洲宇航局太空操控中心的赫歇爾－普朗克探測器飛行操作主管約翰－多茲沃思（John Dodsworth）說：“赫歇爾具有1.5 Mbps的測試傳輸速率，大約相當於家庭網際網路連線速度。” 傳統GSM手機網路的傳輸速率比GMSK稍低一些，但是兩者採用的技術都是相同的。普朗克也採用GMSK系統進行數據傳輸，其數據傳輸能力將在該探測器試運行階段進行。兩個探測器將通過其科學儀器和機載分系統，利用GMSK基礎的無線電線路進行數據傳輸。

GSM標準是全球手機網路最普通的調製標準，已覆蓋全球212個國家和地區的80%面積，不久該網路的信號將延伸至150萬公里之遙，抵達“拉格朗日2點”深太空軌道範圍。

赫歇爾拍攝到仙女座星系的恆星形成區和低溫塵埃物質

歐洲空間局的“赫歇爾”紅外太空望遠鏡最新拍攝到著名的仙女座大星系的高清晰度圖像，漂亮的環形結構中充滿了星際塵埃等物質，在“赫歇爾”望遠鏡的觀測下呈現出漩渦狀的特徵。現今，來自歐洲空間局的“赫歇爾”紅外太空望遠鏡幫助科學家進一步揭示了仙女座大星系的細節結構，獲得了最清晰的仙女星系圖像，可分辨出其中美麗的螺旋式低溫塵埃軌跡。

從仙女座星系整體結構上看，恆星形成區正逐漸向外側移動，但是這個過程是相當緩慢的，圖像中的恆星形成區如同明亮的小點嵌入到巨大的環形塵埃帶中。“赫歇爾”空間望遠鏡配備了圖像光敏陣列相機與光譜儀、光譜與測光成像接收器，這些儀器的數據為科學家們提供了高清晰度的仙女座星系圖像，在圖中藍色或者白色的區域，就是最為活躍的恆星形成區，而較暗的紅色和橙色區域則是溫度較低的寒冷區域。

赫歇爾望遠鏡首次捕捉銀河最年輕恆星照片

2013年3月26日訊息，據國外媒體報導，歐洲強大的新“赫歇爾”(Herschel)太空望遠鏡捕捉到的這些色彩繽紛的圖片，顯示的是有史以來見到過的最年輕恆星。

這些最新發現的原恆星位於獵戶座分子雲團里，這是以前天文學家尋找恆星誕生的一個地方。然而與其他望遠鏡相比，歐洲航天局相對較新的赫歇爾太空望遠鏡上非常靈敏的紅外相機能夠確定更加年輕和溫度更低的恆星。從宇宙的標準而言，這15顆處於萌芽狀態的恆星僅為新生兒，其中一些僅形成只有2.5萬年。據估計，我們的太陽系已有46億歲。赫歇爾望遠鏡捕捉到其中11顆新星發出的紅光，這表明它們的能量很低，有可能正被宇宙氣體團團包圍，也就是說它們特別年輕。

美國宇航局赫歇爾項目科學家格倫-沃爾格倫說：“通過這些最新發現，我們為恆星發展的家庭影集增添了一張十分重要的缺失照片。藉助赫歇爾，我們已經可以研究處於幼年期的恆星。”赫歇爾望遠鏡傳回的圖片，展現了獵戶座分子雲團里的恆星簇發出的令人眼花繚亂的多彩光芒。氣體和塵埃雲團發生引力坍縮時會形成恆星，在這個過程中，氣體和塵埃會濃縮形成一個超熱等離子球體。從宇宙的標準而言，這個轉變相對較快，僅持續幾百年。該研究成果發表在《天體物理學》雜誌上，論文第一作者、德國海德爾堡普朗克天文研究所的博士後研究人員阿米莉婭-斯圖茲說：“赫歇爾已經揭示了一個恆星形成區里最大的年輕恆星團體。通過這些研究成果，我們更好地目睹了恆星開始形成的特殊時刻。”

赫歇爾光電探測器陣列照相機和光譜儀設備在探測獵戶座雲團發出的最微弱的紅外光(波長大約是70到160微米，相當於一根頭髮的直徑)時，發現這些恆星。天文學家利用赫歇爾望遠鏡的讀數，並將其與美國宇航局的斯皮策太空望遠鏡以前拍攝的相同區域的圖片進行對比。歐洲航天局2009年發射升空的赫歇爾望遠鏡是迄今為止送入太空的最大紅外望遠鏡。它耗資大約14億美元。最新發現的這些信息非常及時。因為赫歇爾望遠鏡打算在這個月它的低溫超流氦用光後停止運行。

時間表

2009年6月，觀測到M51漩渦星系神秘光線。

2009年10月24日，觀測到老鷹星雲（NGC6611）核心部位的恆星形成區，其中存在著大量的星際氣體和塵埃。

2011年，赫歇爾空間望遠鏡首次在獵戶座的三個紅外波段上，首次發現每一區域大約每100萬個氫分子中存在1個氧分子。^[6]

2011年，赫歇爾首次在太空中發現了帶電的太空水。這種水與人們熟悉的固體冰、液態水和氣態蒸氣都不相同，屬於一種新的水“態”，其在地球上不會自然生成。

2011年5月，探測到在一些合併星系中心部位發出的超高速分子噴流，其中一些噴流的速度高達每秒1000公里，比地球上颶風快萬倍。赫歇爾的觀測顯示，在一些擁有活動星系核(AGN)的星系中，這種強烈的星系颶風能吹散幾乎所有的塵埃和氣體物質，從而造成星系內部恆星形成過程停止，中央黑洞也得不到新的物質補給。這項發現的意義在於，它第一次找到了科學家們一直在苦苦尋覓的，有關恆星新生過程和黑洞吸積的負反饋機制。

中國協作

赫歇爾（Herschel）紅外空間天文台是歐洲空間局所研製的最複雜的空間設備，有效壽命預計為3-4年，將成為世界頂尖級的大型空間天文台。2005年中國科學院國家天文台在“百人計畫”引進人才黃茂海研究員帶領下，與赫歇爾的造價達一億歐元的主要儀器SPIRE項目簽署協定，展開合作，正式成為其國際合作夥伴。

中國在儀器控制中心和赫歇爾總體科學公共系統（HCSS）研製等方面投入軟體工程力量，作為國家天文台作出貢獻的回報，中國獲得兩個科學專家組成員名額，由國家天文台黃茂海、李金增兩位研究員擔任。

結束任務

赫歇爾空間望遠鏡的控制團隊已於近日清空了衛星的燃料貯箱，並指令其切斷所有通訊。此時，這顆空間天文衛星正在圍繞著太陽緩慢漂泊，其與地球的距離約為214萬公里。

赫歇爾空間望遠鏡又稱赫歇爾空間天文台，安裝有空間中最大的，直徑達3.5米的反射望遠鏡，並搭載了3個最先進的探測設備，使其成為太空中最為強大的天文台。在4年的運行時間裡，赫歇爾空間望遠鏡採集了大量遠紅外波段的圖片和數據，改變了人類對恆星形成和星系演化的認知。

格林威治標準時間6月17日12:25，在德國達姆施塔特，歐洲空間控制中心(ESOC)向赫歇爾空間望遠鏡發出了關閉通訊的最終指令。這段無線電指令發出後需要6秒鐘的時間才能到達望遠鏡，之後，地面控制中心需要等待6秒鐘才能確認通訊信號已經關閉。

“它實在是一個很美的太空飛行器，”歐洲航天局赫歇爾望遠鏡控制主管米卡·施密特(Micha Schmidt)說，“它從來沒給我們帶來多少麻煩，而這也使我們的效率更高。舉個例子，我們學會了很多操作太空飛行器的知識，這意味著可以使其發揮最大的科學作用。”

清空燃料貯箱

在赫歇爾空間天文台耗盡最後一滴超流體氦冷卻劑之後，其退役也被提上了日程。氦冷卻劑對衛星上的設備和探測器至關重要，一旦用盡，整個衛星基本就失去了觀測各種天體的能力。

使赫歇爾空間天文台退役的第一步，就是將其從觀測位置移出。該位置的引力條件十分優越，距離地球的“夜面”約150萬公里，被稱為L2拉格朗日點。在7米長的赫歇爾望遠鏡移出之後，其他太空飛行器就有機會進入L2拉格朗日點，充分利用這裡穩定的溫度和光照條件。控制中心還清空了赫歇爾望遠鏡的肼推進劑貯箱，以減少未來爆炸的風險。清空過程中，控制中心指揮衛星啟動推進器，最終將燃料耗盡。

在赫歇爾望遠鏡緩慢漂泊——可能還會出現翻滾——的過程中，它的電池還將繼續工作，為衛星上的計算機提供電源。“在正常情況下，赫歇爾望遠鏡可以利用一個自動恢復功能，啟動異頻雷達收發機，但我們已經將這一功能關閉，”米卡·施密特說，“它將永遠不再聯繫地球。我們會再次發出指令。這種模式是硬連線的，我們無法克服，但我們並不是故意要這么做。”

後續

雖然赫歇爾空間天文台的觀測生涯已經結束，但它採集的大量數據仍將帶來眾多的科學進展。天文學家將繼續檢視它拍攝的大量圖片，在很長的一段時間裡，這些圖片仍將帶來許多重要的發現。除此之外，其他一些天文望遠鏡也能夠在同樣的波段上進行探測，它們獲得的數據與赫歇爾望遠鏡的數據可以互相佐證。在這些望遠鏡中，就有位於智利，新建不久的阿塔卡瑪大型毫米波天線陣。

“赫歇爾望遠鏡讓人印象深刻，至少在未來十年，甚至更長的時間裡，它仍將繼續帶來許多科學發現。當擁有這樣一個低溫望遠鏡的時候，你幾乎必須要時時催促自己。因為它運行的時間是有限的，你必須儘可能快地完成各種觀測。而且在那之後，你還需要仔細檢視它的觀測數據，這需要很長的一段時間，”歐洲航天局科學主管阿爾瓦羅·希門尼斯(Alvaro Gimenez)教授說，“赫歇爾望遠鏡使我們對銀河系中恆星、行星有了非常多的了解。它向我們展示了許多恆星沿著巨大的宇宙細絲(filaments，由氣體和塵埃構成)形成的過程。這些都是我們之前未曾知曉的，”

2009年，赫歇爾空間天文台與普朗克巡天者衛星一起發射升空，後者也位於L2拉格朗日點。普朗克巡天者探尋的是宇宙中“最古老的光線”，即獲取宇宙微波背景輻射在整個太空的各向異性圖。它預計將在10月份結束任務並以與赫歇爾望遠鏡相同的方式退役。

歐洲航天局下一個前往拉格朗日點的太空飛行器將是天體測量衛星蓋亞(Gaia)，預計將於9月份發射升空。蓋亞衛星將用於銀河系巡天，繪製整個銀河系最為精確的結構圖，