哈勃太空望遠鏡光譜攝製儀（STIS）投入使用20周年紀念日

祝哈勃望遠鏡光譜攝製儀（STIS, Space Telescope Imaging Spectrograph）20歲生日快樂！1997年2月，宇航員在執行第二次維修任務期間，將STIS安裝在望遠鏡上。這個功能全面且十分高效的裝置將一個攝像機與一個攝譜儀組合在一起，它可以將光線分離成它的組成顏色——或者波長——以此來提供一個被觀察物體的「指紋」。這個「指紋」可以告訴我們觀察對象的溫度，化學組成，密度及其運行方式。

攝譜儀的觀測信息也揭示了宇宙演化中天體發生的變化。STIS還開創了高對比度成像的新領域——捕捉明亮天體（例如伴隨著模糊物體的星星）附近較模糊物體（比如行星，圓盤和噴流）的藝術。這個裝置對大範圍的光譜都十分敏感，從紫外線到可見光再到近紅外線。有關STIS的研究已經闡明了多方面的大量天文學話題。以下是一些例子，但這並不是一個詳盡無遺的清單。

宇航員Steve Smith小心翼翼地將STIS從把它帶進「發現號」太空梭外軌道的保護外殼中移出。

照片來源：NASA

確定星系中心黑洞的質量

宇航員用STIS對超過30個星系進行了統計調查，以此來尋找它們中間存在巨大黑洞的證據。STIS可以精確地測量出黑洞附近氣體和星體的速度，而根據這些的數據能夠得到關於黑洞質量的信息。調查結果展現了一個星系演變的總體情況，以及星系與其中巨大黑洞的成長情況的關聯。哈勃望遠鏡得到的證據傾向於認為巨大的黑洞並不是在星系誕生之前就存在，而是通過從星體和氣態介質的中心區精確捕捉一定比例的質量，從而與該星系一同演化。

追溯星系際介質的演變

天文學家已經花了很長的時間尋找在宇宙大爆炸時產生的大量氫元素，但這些元素似乎以某種方式消失了。這些氣體幾乎佔據了宇宙中「普通」物質的一半——剩下的被封鎖在星系中。在一次大規模的關於近地宇宙的研究中，天文學家用STIS最終發現了這種在星系間消失了的物質。星系間的這個空間被稱為星系際介質，它從就我們的銀河系外延伸到被天文學家觀察到的最遠的區域。STIS觀察到的星系際介質顯示消失的氫元素仍然存在於星系間的十分分散的雲層中。這個證據清楚地闡明了宇宙的大規模結構並且提供了星系如何逐漸變大的信息。它同時證實了一個關於如此多氫元素在大爆炸宇宙產生的前幾分鐘是如何產生的基礎模型。

理解銀暈的成分

一圈由溫度十分高的氣體組成的光暈圍繞著銀河系。因為這些氣體充滿大量能量，它只有以光譜特徵的形式在像STIS這樣的儀器的紫外線波段中才能被看見。STIS擁有極高的光譜解析度，通過觀察多層氣體中每層的原子的光譜特徵來幫助科學家們辨別和理解光暈結構的複雜性。除了那些被困在光暈之中的溫度極高的氣體，還有些氣體從星系之間的被稱為星系際介質的區域落入銀河系之中。其它在光暈中的氣體來自在銀河系的圓盤中恆星的形成過程。超新星和來自恆星的風可以把這種物質吹到銀河系平面外，直到進入銀暈中。這些氣體冷卻下來並且密度變得更高，其中一些氣體以雨的形式落回所謂的「銀河噴泉」中。STIS幫助科學家們理解著這些複雜的過程。

闡釋星際介質的結構

星際介質是指恆星間的所有物質。這是典型的低密度物質，極難了解。STIS憑藉著其紫外線靈敏度和相當高的光譜解析度，成為了理解宇宙最首要的儀器。科學家們用恆星或者其他明亮的光源當做背景光來觀察介入的物質。他們通過吸收背景光間接地「看見「這些物質。星際介質並不是完全均勻的。有些地方密度大些，有些地方密度小些，同時，不同的塊狀物以不同的速度移動著。STIS 提供速度的信息用以分析星際介質的細節。通過使用STIS，科學家們可以決定該物質的物理狀態，沿著視線區分不同密度地方的成分和氣體的類型。

描述圍繞著另一個星球的大氣

天文學家用STIS首次直接對繞恆星運行的行星的大氣進行化學成分分析。這個事件打開了對太陽系外行星探索的新篇章，天文學家從此可以比較繞其它恆星運行的行星們的大氣，並且可以尋找地外生命的化學生物標記。這個繞著像太陽一樣的恆星運行的行星名叫HD 209458。當其從母星前面運行過時，它的大氣構成得以被探索，這讓天文學家有史以來第一次看到恆星的光透過行星的大氣層顯現出來。 科學家們在行星的大氣層中檢測到了鈉元素的存在。他們實際看見的鈉元素了比預測的木星級別行星擁有的更少，這引發了一種猜想，即外星大氣中高海拔的雲可能擋住了部分光線。

想像一下圍繞著繪架座β的塵盤

1984年，繪架座β是首個被發現擁有明亮的由略微散開的塵埃和碎片組成的圓盤的星體。從那以後，這個有兩千萬年曆史的恆星就被用哈勃和路基望遠鏡嚴密地監視著。天文學家用STIS在1997年和2012年拍下了至今最詳細的關於這個巨大的、側立的、充滿氣體和塵埃的圓盤的照片。天文學家發現這個圓盤的塵埃分布在15年的時間裡幾乎沒有變化，儘管圓盤的整個結構是像旋轉木馬一樣環繞著行星運行的。

尋找木星的衛星上存在水的證據

確認在地球以外的世界有液態水的存在對於尋找適合人類生存棲息的星球是十分關鍵的。STIS拍攝的圖片顯示在木星冰冷的衛星歐羅巴上發現了疑似的水流。天文學家在衛星運行過木星時觀察歐羅巴星體盤面的邊緣，發現了這些像手指樣的噴出物。歐羅巴星可能真的是一個在地球以外的適合生命成長的地方。如果這些噴氣般的羽狀物來源於地下的海洋，它們可能像電梯一樣把深處的海水帶到歐羅巴星的表面，在那到訪的宇宙飛船可能可以採集星球的樣本，研究其可居住性，甚至探尋生命的存在。這提供了一種便利的方法，不用在幾英里厚的冰層上鑽洞取樣就可以得知那片海洋的化學成分。

STIS也揭示了另一顆木星的衛星Ganymede上有可能存在次表層海洋。STIS通過觀察衛星冰面上的極光找到了證據。這些極光與衛星的磁場有關，它們向下延伸至Ganymede的地核。鹽湖會影響磁場的動力因為它與木星本身的巨大磁場有聯繫，這個巨大磁場完全覆蓋住了Ganymede。因為望遠鏡無法看到行星或者衛星內部，通過極光研究磁場是一種探尋其他星球內部的特殊方法。

在執行哈勃太空望遠鏡的第二次任務時，宇航員Steve Smith（在機械臂上）引導STIS進入指定位置，Mark Lee負責協助。這個安裝過程發生在1997年2月，歷史上第81次太空梭任務，也是發現號太空梭的第22次航天飛行。

照片來源：NASA/ESA

在一個巨大的星團中發現超大恆星

R136是一個十分巨大並且年輕的稠密星團，它存在於我們銀河系附近的麥哲倫星系的蜘蛛星雲中。只有哈勃能在一個只有幾光年的直徑，形成時間少於兩百年的稠密核心中應對單個的恆星。天文學家使用STIS來獲得在核心處單個火熱明亮的恆星的紫外線光譜，並且在2016年公布有9個質量超過太陽質量100倍的恆星。這些被發現的恆星不僅極其巨大，還極其的明亮。總的來說這九顆恆星比太陽亮3千萬倍。這個發現促使宇航員們去分析過去二十年STIS的觀測信息(可以在Mikulski天文望遠鏡觀測檔案中找到) ，以找到更多存在於更遙遠星團中的超大恆星的例子。一些超大恆星最近已經在矮星系NGC 5253中被發現了，並且這一研究還在繼續搜索更多的案例。

揭開巨大恆星海山二星(Eta Carinae)的秘密

這對極不穩定，易爆發的巨型恆星海山二星已經激起天文學家興趣很久了。在2009年，STIS對觀測到的一場發生在19世紀晚期的火山爆發的噴出物進行了分析，確定了光譜兩極附近狹窄區域透露的化學成分信息。光譜結果顯示在19世紀，火山爆發噴出物中已經含有鐵和鎳。STIS同樣揭示了海山二星的內部物質了被來自Eta A星的風流持續衝擊並被帶走（Eta Car A 是主恆星，Eta Car是一個表面更熱，但是體積較小的恆星）。在氬里發現的一個模糊的結構證實了由Eta Car B 的紫外線輻射激起的交互風流的確存在。Eta Car A是夜空中可見的最大並且最明亮的恆星之一。因為其極其大的質量，和其他恆星相比，它十分的不穩定，而且能量消耗得很快。這樣巨大的恆星的壽命也相對的短，科學家預計Eta Car將會像超新星一樣在10萬年內爆炸。

解析超新星1987A的構成

30年前，天文學家在地球上目睹了四百多年來最明亮的恆星爆炸事件之一。巨大的超新星SN1987A以相當於一億顆太陽的能量從1987年2月23日它被發現開始連續閃耀了幾個月之久。10年後，STIS提供了一張史無前例的照片，幾光年寬的灼熱發光氣體像戒指一樣環繞著SN1987A。狹長的光譜儀觀察著整個戒指系統，解刨著它的光並且製作出一張戒指的細節圖，其構成顏色對應著氮，氫和硫三種元素。通過把這個戒指區分成不同組成元素，天文學家組合成了一張照片來解釋戒指是怎樣形成的。

測量來自活躍星系核心的外向流

STIS測量了幾百個以數十萬英里每小時的速度從NGC4151星系（被認為存在一個超大質量的黑洞）核心流出的氣結的速度。這是一個十分靠近中心黑洞的活躍星系核心的速度結構首次被如此精確地標記。（翻譯：施愷 校對：Sherry）

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