祝哈勃望遠鏡光譜攝制儀（STIS, Space Telescope Imaging Spectrograph）20歲生日快樂！1997年2月，宇航員在執(zhí)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(fā)生的變化。STIS還開創(chuàng)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。這個裝置對大范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(jīng)闡明了多方面的大量天文學話題。以下是一些例子，但這并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(fā)現(xiàn)號”航天飛機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(zhì)量
宇航員用STIS對超過30個星系進行了統(tǒng)計調(diào)查，以此來尋找它們中間存在巨大黑洞的證據(jù)。STIS可以精確地測量出黑洞附近氣體和星體的速度，而根據(jù)這些的數(shù)據(jù)能夠得到關于黑洞質(zhì)量的信息。調(diào)查結(jié)果展現(xiàn)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(lián)。哈勃望遠鏡得到的證據(jù)傾向于認為巨大的黑洞并不是在星系誕生之前就存在，而是通過從星體和氣態(tài)介質(zhì)的中心區(qū)精確捕捉一定比例的質(zhì)量，從而與該星系一同演化。
追溯星系際介質(zhì)的演變
天文學家已經(jīng)花了很長的時間尋找在宇宙大爆炸時產(chǎn)生的大量氫元素，但這些元素似乎以某種方式消失了。這些氣體幾乎占據(jù)了宇宙中“普通”物質(zhì)的一半——剩下的被封鎖在星系中。在一次大規(guī)模的關于近地宇宙的研究中，天文學家用STIS最終發(fā)現(xiàn)了這種在星系間消失了的物質(zhì)。星系間的這個空間被稱為星系際介質(zhì)，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(qū)域。STIS觀察到的星系際介質(zhì)顯示消失的氫元素仍然存在于星系間的十分分散的云層中。這個證據(jù)清楚地闡明了宇宙的大規(guī)模結(jié)構(gòu)并且提供了星系如何逐漸變大的信息。它同時證實了一個關于如此多氫元素在大爆炸宇宙產(chǎn)生的前幾分鐘是如何產(chǎn)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，它只有以光譜特征的形式在像STIS這樣的儀器的紫外線波段中才能被看見。STIS擁有極高的光譜分辨率，通過觀察多層氣體中每層的原子的光譜特征來幫助科學家們辨別和理解光暈結(jié)構(gòu)的復雜性。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(zhì)的區(qū)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恒星的形成過程。超新星和來自恒星的風可以把這種物質(zhì)吹到銀河系平面外，直到進入銀暈中。這些氣體冷卻下來并且密度變得更高，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復雜的過程。
闡釋星際介質(zhì)的結(jié)構(gòu)
星際介質(zhì)是指恒星間的所有物質(zhì)。這是典型的低密度物質(zhì)，極難了解。STIS憑借著其紫外線靈敏度和相當高的光譜分辨率，成為了理解宇宙最首要的儀器。科學家們用恒星或者其他明亮的光源當做背景光來觀察介入的物質(zhì)。他們通過吸收背景光間接地“看見“這些物質(zhì)。星際介質(zhì)并不是完全均勻的。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(zhì)的細節(jié)。通過使用STIS，科學家們可以決定該物質(zhì)的物理狀態(tài)，沿著視線區(qū)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首次直接對繞恒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恒星運行的行星們的大氣，并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恒星運行的行星名叫HD 209458。當其從母星前面運行過時，它的大氣構(gòu)成得以被探索，這讓天文學家有史以來第一次看到恒星的光透過行星的大氣層顯現(xiàn)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(fā)了一種猜想，即外星大氣中高海拔的云可能擋住了部分光線。
想象一下圍繞著繪架座β的塵盤
1984年，繪架座β是首個被發(fā)現(xiàn)擁有明亮的由略微散開的塵埃和碎片組成的圓盤的星體。從那以后，這個有兩千萬年歷史的恒星就被用哈勃和路基望遠鏡嚴密地監(jiān)視著。天文學家用STIS在1997年和2012年拍下了至今最詳細的關于這個巨大的、側(cè)立的、充滿氣體和塵埃的圓盤的照片。天文學家發(fā)現(xiàn)這個圓盤的塵埃分布在15年的時間里幾乎沒有變化，盡管圓盤的整個結(jié)構(gòu)是像旋轉(zhuǎn)木馬一樣環(huán)繞著行星運行的。
尋找木星的衛(wèi)星上存在水的證據(jù)
確認在地球以外的世界有液態(tài)水的存在對于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(wèi)星歐羅巴上發(fā)現(xiàn)了疑似的水流。天文學家在衛(wèi)星運行過木星時觀察歐羅巴星體盤面的邊緣，發(fā)現(xiàn)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于地下的海洋，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采集星球的樣本，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鉆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(wèi)星Ganymede上有可能存在次表層海洋。STIS通過觀察衛(wèi)星冰面上的極光找到了證據(jù)。這些極光與衛(wèi)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(lián)系，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(wèi)星內(nèi)部，通過極光研究磁場是一種探尋其他星球內(nèi)部的特殊方法。
在執(zhí)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(xié)助。這個安裝過程發(fā)生在1997年2月，歷史上第81次航天飛機任務，也是發(fā)現(xiàn)號航天飛機的第22次航天飛行。
照片來源：NASA/ESA
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