十年前，NASA安裝在飛機上的索菲亞平流層紅外天文臺（Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy），即“索菲亞” （SOFIA）望遠鏡，第一次極目遠眺，仔細地觀察宇宙。從2010年5月26日那夜開始，“索菲亞”對人眼不可見的紅外線的觀測已使人們發現了很多隱藏在浩瀚宇宙中的科學奧秘。
“索菲亞”的首航就讓人們觀測到了木星內部噴出的熱量。它的視線穿過雲層的縫隙，刺破梅西葉82號星系（Messier 82 galaxy）濃密的塵雲，捕捉到了數以萬計的星星誕生時的樣子。索菲亞平流層紅外天文臺於2014年宣佈全面投入執行，這相當於太空望遠鏡被髮射升空。但比起只有發射升空後才能進行觀測的太空望遠鏡，“索菲亞”在除錯裝置和望遠鏡的階段就已經有了發現。
改造過的波音747SP（見註釋）搭載著直徑約為2.74米的“索菲亞”望遠鏡飛到最高13700米的高空。這個高度使它凌駕於地球上99%的水蒸氣，因此“索菲亞”能觀測到地面望遠鏡無法觀測到的清晰的紅外線宇宙圖景。它的機動性也使其能夠到達諸如外海等偏遠地區，以捕捉天文學意義上曇花一現的事件。因為“索菲亞”每次任務結束後都會降落，所以它可以被升級改造，並配備最先進的技術以應對學界一些最為緊迫的問題。
透過“索菲亞”科學家們獲得了一系列發現：他們在太空裡探測到了宇宙的第一種分子，揭示了恆星、行星誕生與消亡的新細節，解釋了是什麼驅動著超大質量黑洞的活動（supermassive black hole），以及星系是如何演化成形的等等。以下是過去十年間 “索菲亞”的部分重要發現：
“索菲亞”終於發現了宇宙裡的第一種分子
“索菲亞”發現的第一種在宇宙中形成的分子叫氫化氦（helium hydride）。它作為宇宙進化的第一步，最早在宇宙大爆炸後，距今十萬年前形成。它是形成我們現今所知的複雜宇宙的基石。與它同類的分子應該存在於當今宇宙的某處，但直到被“索菲亞”在NGC 7027（見註釋）行星狀星雲中（planetary nebula）發現，這類分子從未在實驗室以外的地方被探測到。在當今宇宙中找到它們，證實了我們對早期宇宙的一些關鍵性的基本看法。
獵戶星雲（Orion Nebula）中的新生恆星阻止自己的同胞誕生
位於獵戶星雲中的新生的恆星，因其刮出的星風（stellar wind）能在周圍製造出一個泡狀空地，所以它阻止了附近更多新恆星的形成。天文學家們將這種效應稱為“反饋”（feedback），它是我們理解現在所能看到的和未來可能形成的這些恆星誕生過程的關鍵。在發現“反饋”效應前，科學家們曾認為其他諸如恆星爆炸（即超新星，supernovas）等過程對調節恆星的形成起主要作用。
給星系風“稱重”為了解星系的進化提供線索
“索菲亞”發現從雪茄星系（Cigar Galaxy，即M82）中央刮來的星系風與一磁場的方向在一條直線上，且該星系風運送了大量物質。磁場通常與星系的平面平行，但因為星系風的不斷拉扯，該磁場實際上與星系的平面垂直。星系快速孕育新恆星所產生的能量驅動著這股強有力的星系風，這可能是物質逃離星系的機制之一。假如類似的過程也在早期宇宙中發生過，那麼它甚至會從根本上影響宇宙中第一個星系的進化。
挨著我們的行星系（planetary system）和我們自己的很像
圍繞著天苑四（Epsilon Eridani，簡稱eps Eri）的行星系是距離一個和早期太陽類似的行星最近的行星系。“索菲亞”研究了溫熱的宇宙塵埃中發出的紅外天光（infrared glow），並確定該星系的結構和我們太陽系驚人地相似。其物質分佈在不止一個位於和木星大小相近的行星邊的窄帶中。
磁場可能在給活躍的黑洞供能
天鵝射電源A星系（Cygnus A galaxy）的磁場在為星系中央的黑洞輸送物質。“索菲亞”揭示了這股不可見的磁場的力量，並在下圖中將其顯示為流線型圖形。這股力量捕獲距離星系中心非常近的物質，這個距離近到物質足以被飢餓的黑洞所吞噬。但是，其他星系的磁場可能會阻止黑洞吞噬物質。
磁場可能抑制了銀河系的黑洞的活動
這幅圖展示了位於我們銀河系中央的黑洞周圍環繞的物質。“索菲亞”探測到了磁場，並將其顯示為下圖所見的流線型圖形。該磁場可能並不將氣體直接送入黑洞中，而是將其送至黑洞周圍的一個軌道上。與活躍地吞噬物質的其他星系的黑洞相比，這也許就是為什麼我們星系的黑洞相對比較安靜。
星雲中“廚房油煙”般的分子為找到構建生命的要素提供了線索
“索菲亞”在NGC 7032星雲中找到的有機複雜分子受到附近恆星的輻射的影響，演變成了更大、更復雜的分子。研究人員驚訝地發現輻射並沒有摧毀這些分子，而是幫助它們成長。在適當的條件下，這些分子的成長可能完成了使其進化為生命的眾多步驟中的一步。
星塵可以撐過超新星消亡的過程
“索菲亞”發現超新星爆炸可以製造出足以形成一個地球那麼多的巨量物質。紅外觀測顯示，一萬年前一個超新星爆炸產生的雲所包含的塵埃可以組成七千個地球。科學家們現在瞭解到，第一個向外的衝擊波製造的物質可以撐過之後向內的“反彈”波並繼續存在。這個“反彈”波是由第一個向外的衝擊波與周圍的星際氣體和塵埃撞擊產生的。
銀河系中央的新圖片揭示了大質量行星（massive star）的形成
“索菲亞”拍到了一張非常清晰的我們銀河系中央的紅外影象。這張全景圖展示了銀河系中央超過600光年範圍內的景象。它用高解析度的影象為我們揭露了密度很大的氣體和塵埃渦流內的細節。這為我們打開了通往未來，研究大質量行星形成機制和銀河系中央黑洞吞噬物來源問題的大門。
系外行星碰撞後會發生什麼
距地球三百多光年的被稱為BD +20307的雙星系統（double-star system）似乎發生了一次異常巨大的，兩個岩石質的系外行星間的碰撞。十年前，對這個系統的觀測向我們提供了這次碰撞的第一個線索。那時，人們在發育完全的一顆年齡至少為十億年的恆星周圍找到了比預想中溫度更高的碰撞產生的碎片。“索菲亞”的觀測發現，碎片發出的紅外亮度已經升高了10%。這意味著那裡現在甚至有更多的熱塵埃，且此撞擊發生的時間相對於宏大的宇宙時間跨度而言就發生在不久之前。我們的月球可能就是在太陽系內類似事件中形成的。
“索菲亞”，即索菲亞平流層紅外天文臺，是一架直徑為2.7米的，被安裝在改造過的波音747SP大型噴氣客機上的望遠鏡。它是NASA與德國航空航天局（German Aerospace Center，DLR）的一個聯合專案。位於加利福尼亞矽谷的美國航天局艾姆斯研究中心（NASA’s Ames Research Center）負責管理“索菲亞”專案。該專案的科學和任務管理工作由上述兩個機構，聯合位於馬里蘭州哥倫比亞的大學宇航研究協會（Universities Space Research Association）總部以及位於斯圖加特大學（University of Stuttgart）的德國索菲亞研究所（German SOFIA Institute，DSI）共同負責。搭載“索菲亞”的飛機由位於美國加州棕櫚谷（Palmdale）的美國航天局阿姆斯特朗飛行研究中心（NASA’s Armstrong Flight Research Center）的703號機庫進行維護並執飛。
BY: Kassandra Bell
FY: 憶染
如有相關內容侵權，請在作品釋出後聯絡作者刪除
轉載還請取得授權，並注意保持完整性和註明出處
