红外望远镜和天文台

红外望远镜和天文台旨在观测来自凉爽、尘埃弥漫和遥远天体的热辐射，同时抑制大气和仪器本身压倒性的红外辉光。

Definition

红外望远镜和天文台是针对约1至300微米波长范围进行优化的设施，通过冷光学器件、低发射率设计、精心的选址或空间部署，以及背景减除技术，将微弱的天文信号从热噪声中分离出来。

Scope

本主题涵盖了限制地面红外观测的大气窗口和背景、高海拔干燥山地台址、机载和气球平台、空间红外天文台、光学器件和探测器的低温冷却，以及诸如斩波和摆动等用于减去明亮背景的观测技术。

Core questions

• 为什么红外天空比光学天空亮得多？
• 如何通过台址、平台或空间部署来减轻大气吸收和辐射的影响？
• 为什么红外望远镜和探测器必须冷却？
• 哪些观测技术可以减去主要的背景热辐射？

Key theories

热背景和发射率

室温下的一切物体都会强烈地发射红外线，因此大气、望远镜和仪器会辐射出巨大的背景，这使得天文源相形见绌，并迫使采用低发射率、冷却的设计。

大气窗口

水蒸气和其他分子吸收大部分红外波长，只留下从地面可观测到的离散窗口，这促使观测者前往干燥的高海拔地区或大气层之上进行观测。

斩波和摆动

通过使用次镜在目标源和相邻天空之间快速切换光束，然后移动望远镜，观测者可以对帧进行差分处理，以消除缓慢变化的热背景。

Clinical relevance

红外观测揭示了被尘埃遮蔽的恒星形成区、太阳系外部的寒冷区域、褐矮星和系外行星，以及光线被拉伸到红外波段的高红移星系，使得这些设施在现代天体物理学中至关重要。

History

赫歇尔于1800年发现了红外辐射，但灵敏的红外天文学直到20世纪60年代开发出辐射热测量计和冷却探测器后才得以实现。地面巡天观测逐渐被空间天文台取代，例如IRAS、ISO、斯皮策和詹姆斯·韦伯空间望远镜，以及飞行在大部分大气水蒸气之上的机载平台。

Key figures

• William Herschel
• Frank Low
• Gerry Neugebauer

Seminal works

• glass1999
• rieke2003

Frequently asked questions

为什么像JWST这样的空间望远镜要保持极低的温度？

一个温暖的望远镜会在红外波段发出明亮的光芒，并会淹没微弱的宇宙信号。通过保护望远镜免受太阳照射并将其冷却到几十开尔文或更低的温度，其自身的热辐射会大大降低，远低于它试图探测的信号。

红外天文学能否在地面进行？

可以，但只能在狭窄的大气窗口中，并且必须在水蒸气含量低的高海拔干燥地点进行。即便如此，温暖的天空仍然很明亮，因此观测者需要依靠斩波和摆动来减去背景，而要求最高的红外工作则是在机载或空间平台上完成的。