why the Spitzer Space Telescope Matters
For over than 16 years, starting with its launch 2003, the Spitzer Space Telescope, which will stop operations at the end of this month, has provided us a ennennäkemättömän view of the universe at infrared wavelengths, invisible to the human eye. Spitzerin tutkimusmatkat-joita on kuvattu yli 8600 referoidussa paperissa, kymmenissä väitöskirjoissa, lukemattomissa konferenssien tiivistelmissä ja keskusteluissa sekä useissa kirjoissa—vaihtelevat maan lähiasteroidien koon määrittämisestä kaukaisimpien galaksien tähtien massan ja iän mittaamiseen. Spitzerillä on ollut merkittävä vaikutus peräti viidellä tähtitieteellisen tutkimuksen pääalueella:
aurinkokunnan tutkimukset. Kohokohtia Spitzerin oman aurinkokuntamme tutkimuksista ovat valtavan, aiemmin tuntemattoman Saturnusta kiertävän pölyrenkaan löytyminen ja sen pölyn koostumuksen määrittäminen, joka sinkoutui komeetta Tempel I: stä sen jälkeen, kun Deep Impact-luotain oli lähettänyt ammuksen törmäämään siihen. Nämä kometaariset mittaukset ovat yksi monista Spitzerin tuloksista, jotka loivat tärkeitä yhteyksiä aurinkokunnan ja eksoplanetaaristen järjestelmien ominaisuuksien välille—joita myös Spitzer on tutkinut laajasti.
tähtien ja planeettakuntien muodostuminen. Spitzerin havainnot ovat osoittaneet, että tähden muodostuessa sitä kiertävän kiekon muodostumiseen menee merkittävä määrä ainetta. Spitzer on havainnut planeettojen muodostumisen ensimmäiset vaiheet, kun kiekossa oleva ultrahieneinen kosminen pöly alkaa kasaantua suuremmiksi kappaleiksi aloittaen kaskadin, joka usein johtaa planeettojen muodostumiseen. Nämä planeettojen muodostumisen alkuvaiheet ovat hyvässä vauhdissa vain muutama miljoona vuotta sen jälkeen, kun tiheän tähtienvälisen pilven luhistuminen käynnistää tähtien muodostumisprosessin—kosmisessa mielessä suhteellisen hetken.
eksoplaneetat. Jo Spitzer-tehtävän edetessä maassa sijaitsevien teleskooppien ja varsinkin Nasan Kepler-avaruusaluksen tutkimukset osoittivat, että monilla aurinkotyyppisillä tähdillä on planeettajärjestelmiä, joihin usein kuuluu korkeintaan kaksi kertaa Maan kokoisia planeettoja. Spitzeristä on tullut tiedeyhteisön aggressiivisen ja oivaltavan eksoplaneettojen tutkimuksen tukipilari. Spitzer selvitti, että kolme seitsemästä maan kokoisesta planeetasta, jotka kiertävät läheistä himmeää Punaista Tähteä nimeltä Trappist-1, sijaitsevat tai ovat lähellä asumiskelpoista vyöhykettä—tähteä ympäröivällä alueella, jossa vesi olisi nestemäistä planeettojen pinnalla, minkä uskotaan olevan välttämätöntä elämän muodostumiselle sellaisena kuin me sen tunnemme.
Spitzer on myös kartoittanut planeetan lämpötilan vaihtelua sen ympärysmitalla löytäen todisteita ilmakehän tuulista, joiden nopeus on useissa tapauksissa tuhansia kilometrejä tunnissa. Minusta on hämmästyttävää, että Spitzerin mittausten avulla voin kirjoittaa jonkinlaisella varmuudella lämpötilajakaumasta noin 65 valovuoden päässä Maasta sijaitsevaa tähteä kiertävän planeetan pinnalla.
kaukaiset galaksit. Spitzer on tutkinut suuria osia sekä Linnunradan galaksista että sen ulkopuolisesta maailmankaikkeudesta. Yksi tällainen tutkimus, joka koordinoitiin Hubble-avaruusteleskoopin kanssa, johti tähän mennessä löydetyn kaukaisimman galaksin tunnistamiseen. Spitzer ja Hubble näkevät sen sellaisena kuin se ei ollut kauan alkuräjähdyksen jälkeen, joka tapahtui noin 13,8 miljardia vuotta sitten. Tällaisten massiivisten galaksien olemassaolo niin varhaisessa universumin evoluutiossa haastaa käsityksemme galaksien muodostumisesta, mikä herättää kysymyksiä, joita Nasan tuleva James Webb-avaruusteleskooppi käsittelee, joka laukaistaan vuonna 2021.
tähtien ja galaksien kasvu. Maailmankaikkeus syntyi alkuräjähdyksestä vety-ja heliumatomien kuumana keittona, mikä auttaa ymmärtämään, miksi edellä kuvatun kaltaisia galakseja oli harvakseltaan yli 13.5 miljardia vuotta sitten. Ne ovat kuitenkin yleisiä nykyään, mikä johtuu siitä, että tähtien määrä maailmankaikkeudessa on kasvanut ajan myötä galaksien muodostuessa ja kasvaessa ja yhä enemmän niiden sisältämästä aineesta luhistui muodostaen tähtiä. Spitzer pystyy mittaamaan tämän kasvun kosmisen ajan kuluessa, ja huomaa, että tähtien määrä kasvoi nopeasti universumin elämän neljän miljardin ensimmäisen vuoden ajan, mutta on kasvanut hitaammin viime aikoina.
Luoto: Nasan Wikimedia
niin voimakkaita kuin nämä tieteelliset tulokset ovat, ne ovat kuitenkin vain yksi osa Spitzerin perintöä. Muita aloja, joilla tämä perintö on ollut ja tulee olemaan erittäin tärkeä, ovat seuraavat:
suuret observatoriot. Nasan ja tiedeyhteisön vuonna 1985 julkaisemassa Great Observatories-konseptissa hahmoteltiin neljä voimakasta avaruusteleskooppia, jotka kattaisivat koko sähkömagneettisen spektrin radioaaltoja lyhyemmillä aallonpituuksilla ja toimisivat samanaikaisesti. Spitzer, joka tunnettiin alun perin nimellä Space Infrared Telescope Facility (SIRTF), oli tämän eliittiryhmän peruskirjajäsen ja liittyi Comptonin Gamma Ray-observatorioon, Hubble-avaruusteleskooppiin ja Advanced X-Ray Astrophysics Facility (AXAF), joka tunnetaan nykyään Chandran Röntgenobservatoriona. Suurten observatorioiden valmistuminen SIRTF: n käynnistyessä vuonna 2003 on aliarvostettu virstanpylväs maailmankaikkeuden tutkimisessa, mikä edustaa noin 20 vuotta valmisteilla olleen vision toteutumista. Näiden voimakkaiden observatorioiden synergistisellä tieteellä on ollut paljon suurempi vaikutus kuin olisimme voineet kuvitellakaan, kun tämä ohjelma laadittiin.
mikään tehtävä ei ole saari. Spitzerin havainnot ovat parantaneet tieteellistä tuottoa paitsi muista Nasan lennoista myös maassa olevista instrumenteista. Esimerkiksi Spitzer ja Hubble ovat yhdistäneet voimansa selvittääkseen kaukaisimpien tunnettujen galaksien ominaisuuksia, ja paljon lähempänä kotia ne ovat myös voimakkaasti rajoittaneet eksoplaneettojen ilmakehien ominaisuuksia. Spitzer tutkii nytkin eksoplaneettoja, jotka äskettäin laukaistu Transiting exoplanets Survey Satellite on tunnistanut määrittääkseen näiden vasta löydettyjen maailmojen lämpötiloja. Lopuksi Spitzer on havainnut gravitaatioaaltojen observatorioiden havaitseman merkittävän neutronitähtien yhteenliittymistapahtuman jälkiseuraukset ja todennetut mallit harvinaisten maametallien synteesille tämän mullistavan tapahtuman neutronirikkaissa kappaleissa.
kattaen pöydän tulevia tehtäviä varten. Nasan IRAS ja Euroopan avaruusjärjestön (ESA) ISO auttoivat pohjatöissä Spitzeriä, Spitzer puolestaan valmistelee tietä tuleville Nasan lennoille. Huomattavin näistä on kauan odotettu James Webb-teleskooppi (JWST), joka kattaa joitakin samoja Spitzerin tutkimia aallonpituuksia, mutta paljon suuremmalla herkkyydellä sekä spektri-ja avaruustarkkuudella. Spitzer pohjustaa myös muita tulevia Nasan tehtäviä, joista merkittävimpiä ovat Euclid (yhteinen tehtävä Esan kanssa) ja Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST). Molemmissa tapauksissa Spitzerin laajat ekstragalaktiset tutkimukset tarjoavat infrapuna-vastineen laajan kentän optisille/lähi-infrapuna-tutkimuksille Euclid ja wfirst suorittaa
Spitzer on myös uranuurtaja teknologisessa kehityksessä, joka valmistaa tietä tuleville tehtäville. Huomattavin näistä on Spitzerin laaja käyttö säteilevällä jäähdytyksellä – säteilemällä lämpöä avaruuden pimeyteen-saavuttaakseen ja ylläpitääkseen selvästi alle 50 kelvinin lämpötiloja, jotka aiemmin saavutettiin varastoitujen kryogeenien tai mekaanisten jäähdyttimien avulla. Tulevat tehtävät, erityisesti JWST ja JPL: n kehitteillä oleva Spherex Explorer, voivat nyt luoda säteilyjäähdytyksen lähtötilanteen huomattavasti varmemmin ja varmemmin kuin aiemmin oli mahdollista.
vangitsee yleisön mielikuvituksen. Kuten monilla muillakin Nasan lennoilla, Spitzerin jännittävimmät ja helpoimmat tulokset on levitetty laajalti yleisölle. Sen merkittävin tulos, Trappist-1: tä kiertävien planeettojen analyysi, poiki yli 17 000 printti-ja verkkoartikkelia; tuloksen julkistanutta tiedotustilaisuutta katsottiin lähes viisi miljoonaa kertaa, ja juttu sai yli 3,2 miljardia nonunique-katselukertaa internetissä.
suuri inhimillinen saavutus. Spitzerissä on inhimillinen puoli, joka ansaitsee erityistä huomiota. Tuhannet ihmiset työskentelivät Spitzerin parissa ennen laukaisua ja sen jälkeen, valmistellen ja ylläpitäen tätä voimakasta observatoriota ja helpottaen sen käyttöä suuressa ja tarmokkaassa tähtitieteilijäyhteisössä. Kaikkien näiden ihmisten pitäisi tuntea ylpeyttä saavutuksistaan, sillä Spitzerin menestys on suoraan jäljitettävissä heidän taitoihinsa, kekseliäisyyteensä ja omistautuneisuuteensa. Teknisesti monimutkainen ja innovatiivinen Spitzer-laitos osoittaa, mitä ryhmä ammattitaitoisia ja motivoituneita ihmisiä oikein tuettuna ja valtuutettuna voi saada aikaan. Minusta Spitzer on monumentti ihmismielen voimalle. Meidän pitäisi ohjata tätä tärkeää osaa Spitzerin perinnöstä, joka pätee kaikilla inhimillisten pyrkimysten alueilla, kun navigoimme kohtaamiemme ongelmien meressä.
mitä seuraavaksi? Spitzerin havaintojen loppu tämä ei ole Spitzerin loppu, sillä kaikki tiedot tehtävästä arkistoidaan ja ne ovat saatavilla IRSA: n Caltechin laitoksesta. Lukijat, jotka ovat innokkaita oppimaan lisää Spitzeristä, haluavat ehkä tutustua Princeton University Pressin julkaisemaan kirjaan, jonka kirjoitin yhdessä Peter Eisenhardtin kanssa: More Things in the Heavens: How Infrared Astronomy is Expanding our View of the Universe.
