浩瀚無垠，萬古千秋，我們透過索菲亞看向宇宙更深處

十年前，美國宇航局的機載望遠鏡——索菲亞平流層紅外天文台首次觀測宇宙。從2010年5月26日的夜晚開始，索菲亞通過觀測肉眼不可見的紅外線，對隱秘的宇宙深處有了許多科學發現

索菲亞的處女首飛，被稱為“曙光”，它觀測到了熱量通過雲層中的孔洞從木星內部噴湧而出，它還透過梅西葉82星系濃稠的塵埃雲，窺得數以萬計正在形成的恒星。該天文台於2014年正式全面投入運行——這相當於發射了一台太空望遠鏡，但當它還在進行安裝和性能測試時，就已經有了新的發現。

經過改裝的波音747SP機內裝有一個直徑近9英尺的望遠鏡，飛行高度高達45000英尺，高於99%的水蒸氣，以獲得地面望遠鏡無法觀測到的紅外宇宙的清晰視圖。它的機動性使它能在諸如公海的遙遠位置捕捉到短暫的天文事件。同時，因為索菲亞每次飛行之後都會著陸，所以可以最新技術進行升級，以應對最為急迫的科學問題。

通過索菲亞，科學家們在太空中觀測到了宇宙中第一種分子，揭示了行星的誕生與滅亡的更多細節，解釋了超大質量黑洞的動力來源，以及星系演化和成形的方法。以下是索菲亞在過去十年中的一些重大發現：

發現了宇宙中的第一種分子

索菲亞發現了宇宙形成的第一種分子，名為氦氫化物。它最初形成於宇宙大爆炸後僅僅100000年，這是宇宙演化的第一步，並最終形成了我們今天所知的複雜宇宙。在現代宇宙的某個角落應該也存在同樣的分子，但在索菲亞於一個名為NGC7027的行星狀星雲中發現它之前，它在實驗室之外從未被探測到。在現代宇宙中對該粒子的發現，證實了我們對早期宇宙基本理解的一個關鍵部分。

圖解：行星星雲NGC7027的圖像，同時展示了氦氫化物分子圖像。在這個行星星雲中，SOFIA探測到了氦氫化物，氦（紅色）和氫（藍色）的組合，這是早期宇宙中形成的第一種分子。這是現代宇宙中首次發現氦氫化物。圖源：NASA

獵戶星雲中的新生恒星在阻止其兄弟恒星的誕生

獵戶星雲中一顆新生恒星的星風正在清楚它周圍的氣泡，進而阻止新恒星在它周圍形成。天文學家稱這個現象為“反饋”，這是我們理解今天所能看到的和未來會形成的恒星的關鍵。在這個發現之前，科學家們一直以為是其他原因在很大程度上調節著行星的形成，例如被稱為超新星的恒星爆炸。

圖解：獵戶座星雲中心新形成的恒星風正在形成氣泡（黑色），並阻止新恒星在其附近形成。與此同時，風正在將分子氣體（顏色）推到邊緣，在氣泡周圍形成一個密集的外殼，讓恒星“後代”能夠形成。圖源：NASA

對星系風的“稱量”可以為星系演化提供線索

索菲亞發現，從雪茄星系(M82)中心吹出的風沿磁場排列，輸送這大量的物質。磁場通常與星系平面平行，但星系風將其拖拽，並使其垂直排布。由星系內大比例的恒星的誕生驅動產生的強星系風，可能是物質逃離星系的一大機制。在早期宇宙，類似的過程可能影響了最初一批星系的基礎演化。

圖解：雪茄星系（M82）的合成圖像，這是一個距離大熊座約1200萬光年的星暴星系。索菲亞探測到的磁場，如流線所示，似乎跟隨強烈的核恒星爆發產生的雙極流（紅色）。該圖像結合了基特峰天文台的可見星光（灰色）和氫氣（紅色）的追蹤，以及來自索菲亞和斯皮策太空望遠鏡的近紅外和中紅外星光和塵埃（黃色）。圖源：NASA

附近行星系與我們的如出一轍

圍繞著恒星ε艾利達尼亞（簡稱艾利）的行星系統，是距我們最近的圍繞著一個類似早期太陽的恒星的行星系統。索菲亞研究了來自暖塵埃的紅外線，正式該系統的結構與我們的太陽系十分相近。它的物質排列在一個木星大小的行星附近的至少一條窄帶中。

圖解：ε艾利達尼亞（簡稱艾利）星系的藝術插圖，圖中顯示艾利b星。在右前景中，一顆木星質量的行星在小行星帶外緣繞其母星運行。在背景中可以看到另一條狹窄的小行星帶或彗星帶，加上一條與太陽系柯伊伯帶大小相似的最外層帶。雖然艾利星比我們的太陽要年輕得多，但艾利星系的結構與我們太陽系有顯著的相似性。索非亞的觀測證實了木星軌道附近存在的小行星帶。圖源：NASA

磁場可能正在為活躍的黑洞提供能量

天鵝座A星系的磁場正在為這個星系的中心黑洞輸送物質。索菲亞研究顯示，如圖所示，以流線形顯示的不可見力，正將物質困在距離星系中心不遠處，那裏距離饑餓的黑洞足夠近以致被其吞噬。然而，其他星系的磁場可能會阻礙黑洞的吞噬。

圖解：天鵝座A星系核心的藝術構想圖，包括布滿灰塵的圓環形環境，稱為環面，及中心發射的噴氣流。磁場在圖中表現為束縛塵埃的流線。這些磁場可以幫助隱藏於星系核心的黑洞獲得能量，將塵埃限制在圓環中，並使其保持足夠近的距離，以便被“饑餓”的黑洞吞噬。圖源：NASA

磁場可能會使星系中的黑洞變得平靜

這張圖片顯示了我們銀河系中心黑洞周圍的物質環。圖中流線為索菲亞探測到的磁場，它可能引導氣體進入黑洞周圍的軌道，而不是直接進入黑洞。這或許可以解釋，為什麼我們銀河系的黑洞相對平靜，而其他星系的黑洞則在積極地吞噬著物質。

圖解：圖中流線顯示了銀河系大質量黑洞周圍塵埃環的磁場。Y形結構是向黑洞運動的溫暖物質，位於Y形兩臂相交處附近。流線顯示，磁場與塵埃結構的形狀密切相關。每個藍色臂都有自己的場，與粉色顯示的圓環的其他部分完全不同。圖源：NASA

星雲中的“煙霧”分子為生命的構建提供了線索

索菲亞發現，NGC7023中的有機複雜分子在受到附近恒星的輻射時會進化為更大更複雜的分子。研究人員驚訝地發現，輻射並沒有破壞分子的成長而是在促成它們，而這些分子的成長是在適當條件下產生生命的一個步驟。

圖解：來自索菲亞（紅色和綠色）和斯皮策空間望遠鏡（藍色）的NGC7023的三色圖像組合顯示了多環芳烴分子的不同群體。圖源：NASA

塵埃可以在超新星湮滅時幸存下來

索菲亞發現，超新星爆炸時會產生大量的物質，如地球一樣的行星將得以形成。紅外探測發現，一個超新星10000年前產生的塵埃足以組成7000個地球。科學家們現在知道，第一輪向外的沖擊波產生的物質可以在隨後的向內的“反彈波”中幸免於難，其中後者是首輪沖擊波與周圍星際氣體和塵埃碰撞時產生的。

圖解：圖片顯示了超新星強大的沖擊波通過其外環，隨後向內沖擊反彈。索菲亞發現，由第一個外向波產生的物質可以繼續存在於第二個內向波中，並可以成為新恒星和行星的“種子”。圖源：NASA

銀河系中心的新視圖揭示了大質量恒星的誕生

索菲亞拍攝了一張非常清晰的銀河系中心的紅外圖像。這張全景圖跨越了600光年的距離，以高分辨率影像，展示了稠密的氣體和塵埃漩渦的細節，為未來研究大質量恒星的形成以及我們星系中心超大質量黑洞的成因提供了敲門磚。

圖解：圖片為銀河系中心的合成紅外圖像。它橫跨600多光年，幫助科學家了解有多少大質量恒星正在銀河系中心形成。索非亞25和37微米的新數據（藍色和綠色）與赫歇爾太空天文台（紅色，70微米）和斯皮策太空望遠鏡（白色，8微米）的數據相結合。索菲亞的圖像揭示了一些前所未有的特征。圖源：NASA

系外行星碰撞時會發生什麼

被稱為BD+20 307的雙星系統距離地球超過300光年，可能和岩石系外行星發生過劇烈碰撞。十年前，當觀察者們在至少10億年前成熟的恒星周邊發現比預期溫度更高的碎片時，認為這是星球撞擊的跡象。索菲亞觀察發現，這些碎片的紅外亮度增加了10%以上，這表明這現在可能有更多的暖塵埃，而且與碰撞發生的時間相對較近。我們太陽系中可能也有過相似的事件並塑造了月亮。

圖解：藝術概念圖展示了BD+20 307行星系中兩顆岩石系外行星之間的碰撞，這場災難將它們都變成塵埃碎片。十年前，科學家們推測這個系統中的暖塵埃是行星間碰撞的結果。現在，索菲亞發現了更多溫暖的塵埃，進一步支持了兩顆岩石系外行星的碰撞。這有助於我們更完整地了解太陽系的歷史。這次碰撞可能類似於那場創造月球的災難性事件。圖源：NASA

索菲亞——平流層紅外天文台，由一架經過改裝的波音747SP噴氣式飛機，攜帶著直徑為106英寸的望遠鏡。這是一項美國宇航局(NASA)和德國航空航天中心(DLC)共同參與的聯合項目。位於加利福尼亞州矽穀的美國宇航局艾姆斯研究中心管理著索菲亞計劃，科學和任務運營與大學空間研究協會總部設在哥倫比亞的馬裏蘭州和斯圖加特大學的德國索菲亞研究所(DSI)。這架飛機由位於加利福尼亞州的美國宇航局阿姆斯特朗飛行研究中心703樓進行維護和操作。

BY: Kassandra Bell

FY: Aphelion

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