獵戶星座中水和有機物的HIFI光譜，疊加在美國斯皮策望遠鏡（Spitzer）獲取的獵戶星座圖像上。供圖：ESA、HEXOS及HIFI聯盟

 

獵戶座星雲。（資料圖片）

　　據科學日報報道，歐洲航天局（ESA）的赫歇爾太空天文台已經在獵戶星座發現了潛在的有生命有機分子的化學指紋圖譜，獵戶星座是我們銀河系附近的一個恆星育嬰室（stellar nursery）。這一詳細的光譜——由赫歇爾天文台的三大新引進儀器之一的遠紅外外差光譜儀（HIFI）獲得——顯示了金礦一樣的信息，即赫歇爾HIFI光譜儀將為我們提供有機分子如何在太空中形成的信息。

　　德國的幾家研究所為HIFI光譜儀的核心部件作出了貢獻：他們是科隆大學、位於波恩的馬普射電天文學研究所（the Max-Planck-Institute furRadioastronmie）和位於德國林道的馬普天體物理研究所（und fur Sonnensystemforschung）。

　　HIFI光譜的顯著特徵中包括一個豐富的、密集的「尖銳」模式，每一個尖銳的波峰都代表一個來自獵戶星座的特殊分子的光線發射。這個星座在太空中以最多產的化學工廠之一而著稱，雖然它形成分子的化學成分與途徑的完整信息現在還不全然瞭解。通過篩選這個光譜中的尖銳模式，天文學家已經識別出幾個在光譜中普遍存在的常見分子。識別大量其他發射譜線的工作現在正在進行。

　　通過明確地確認與更常見的分子相關的譜線，天文學家進而能夠開始提取出我們特別感興趣的分子的特徵，這些感興趣的分子正是有生命分子的直接先兆。獵戶星座光譜的一個獨特的特性是光譜的豐富性：這保證了能夠在豐富的分子中，識別出水、一氧化碳、甲醛（也稱福爾馬林）、甲醇、二甲醚、氫氰酸、硫氧化物、二氧化硫以及它們的同位素類似物的光譜。這使得我們能夠期待，獵戶星座中也將能夠識別出新的有機分子。

　　「這種HIFI光譜，以及將來會獲得的更多的光譜，將為我們提供一個關於整體的化學物名錄以及在活躍的恆星形成區域有機物如何形成的虛擬的信息寶庫。一旦我們取得了可獲得光譜的全波段測量，我們將能夠作出更深入瞭解太空的化學組成的承諾，」密歇根大學的埃德溫·伯金（Edwin Bergin）說，他是赫歇爾天文台HEXOS重點計畫的首席研究者。

　　前所未有的高分辨率

　　HIFI是為了研究所需的超高分辨率光譜以及開闢新的波長範圍而設計的，這些都是地面望遠鏡無法企及的。「HIFI運行的良好狀態令人驚歎，」弗蘭克·赫爾米克（Frank Helmich）說，他是HIFI荷蘭空間研究所（SRON）的首席研究者。「我們在幾個小時內獲得了這些光譜，而這已經比其他任何（同波長的）光譜都好了，也比任何其他波長的光譜要好，即便是在獵戶星座獲取的光譜也無法與之相比。在這個光譜中有機物隨處可見，即便在最低的水平上也是如此，這顯示了HIFI的精確度。建造HIFI花了8年時間，不過這絕對值得。」

　　「HIFI前所未有的高分辨率和穩定性使我們能夠建構關於形成恆星的星雲的密度與溫度結構的非常精細的模型，」加州理工學院（Caltech）的湯姆·菲利普（Tom Phillips）說。「這一視角使我們能夠揭開恆星形成的面紗，並且更直接地研究與恆星、行星以及——某種程度而言——生命誕生相關的化學物質。」

　　這些光譜是在HIFI恢復運行僅一個月時獲取的。在2009年8月，HIFI的電力系統經歷了一次意料之外的電壓尖脈衝（voltage spike），可能是由高能宇宙粒子 造成的，最終導致設備停止運行。任務小組研究了這個問題並開發出了一個能夠防禦這類事件的有害副作用的解決方案。2010年1月14日，HIFI通過使用其備用電子，以及重新啟動一個測試和驗證序列，在2月28日開始科學觀測之前，再次成功回轉。現在HIFI再次與另兩台赫歇爾天文台的設備（SPIRE：光譜與光度成像接收器和PACS：物理與天文學分類系統）聯合起來，探索遠紅外的宇宙。

　　識別在具有某種分子物種的過渡信息的獵戶星座中可見的很多光譜特徵，需要使用像科隆分子光譜數據庫（Colgone Database of Molecular Spectroscopy；簡稱CDMS）這樣的精密工具，CDMS能夠收集幾百種分子物種的實驗室數據，並且進行精確的射線預測。「HIFI的這種高光譜分辨率顯示了分子物種驚人的豐富性；儘管在恆星育嬰室和行星形成的位置環境很惡劣，這種豐富性仍然顯現出來，」科隆大學的約爾根·施圖茨基（Jurgen Stutzki）說，他是HIFI的聯席首席研究者。

　　歐洲宇航局赫歇爾天文台項目

　　赫歇爾天文台是歐洲宇航局的一項基礎任務，一個由歐盟首席研究者聯合體（European-ledPrincipal Investigator consortia）提供科學設備、由美國宇航局（NASA）作出重要貢獻的太空天文台。安置在赫歇爾天文台的三大儀器之一就是HIFI，一台由荷蘭空間研究所（SRON）主導的國家資助聯盟（nationally-fundedconsortium）設計和建造的超敏感高分辨率光譜儀。

　　這個聯盟包括25個研究所和13個不同國家的合夥人。德國研究所提供了HIFI的核心部件：包括在德國波恩的馬普射電天文學研究所建造的本地振蕩器和在科隆大學建造的、具有接近於基本量子極限的敏感性的超導探測器。HIFI將傳統的外差混合射頻技術（radiofrequency technique of heterodyne-mixing）帶入了既定的、級別更高的、被稱為遠紅外光譜範圍（Far-Infrared spectral range）的頻率環境。另外一個核心部件是光聲光譜儀（Acousto Optical Spectrometer；簡稱AOS），AOS由科隆大學與馬普天體物理研究所聯合建造。