十年前，美国宇航局的机载望远镜——索菲亚平流层红外天文台首次观测宇宙。从2010年5月26日的夜晚开始，索菲亚通过观测肉眼不可见的红外线，对隐秘的宇宙深处有了许多科学发现
索菲亚的处女首飞，被称为“曙光”，它观测到了热量通过云层中的孔洞从木星内部喷涌而出，它还透过梅西叶82星系浓稠的尘埃云，窥得数以万计正在形成的恒星。该天文台于2014年正式全面投入运行——这相当于发射了一台太空望远镜，但当它还在进行安装和性能测试时，就已经有了新的发现。
经过改装的波音747SP机内装有一个直径近9英尺的望远镜，飞行高度高达45000英尺，高于99%的水蒸气，以获得地面望远镜无法观测到的红外宇宙的清晰视图。它的机动性使它能在诸如公海的遥远位置捕捉到短暂的天文事件。同时，因为索菲亚每次飞行之后都会着陆，所以可以最新技术进行升级，以应对最为急迫的科学问题。
通过索菲亚，科学家们在太空中观测到了宇宙中第一种分子，揭示了行星的诞生与灭亡的更多细节，解释了超大质量黑洞的动力来源，以及星系演化和成形的方法。以下是索菲亚在过去十年中的一些重大发现：
发现了宇宙中的第一种分子
索菲亚发现了宇宙形成的第一种分子，名为氦氢化物。它最初形成于宇宙大爆炸后仅仅100000年，这是宇宙演化的第一步，并最终形成了我们今天所知的复杂宇宙。在现代宇宙的某个角落应该也存在同样的分子，但在索菲亚于一个名为NGC7027的行星状星云中发现它之前，它在实验室之外从未被探测到。在现代宇宙中对该粒子的发现，证实了我们对早期宇宙基本理解的一个关键部分。
图解：行星星云NGC7027的图像，同时展示了氦氢化物分子图像。在这个行星星云中，SOFIA探测到了氦氢化物，氦（红色）和氢（蓝色）的组合，这是早期宇宙中形成的第一种分子。这是现代宇宙中首次发现氦氢化物。图源：NASA
猎户星云中的新生恒星在阻止其兄弟恒星的诞生
猎户星云中一颗新生恒星的星风正在清楚它周围的气泡，进而阻止新恒星在它周围形成。天文学家称这个现象为“反馈”，这是我们理解今天所能看到的和未来会形成的恒星的关键。在这个发现之前，科学家们一直以为是其他原因在很大程度上调节着行星的形成，例如被称为超新星的恒星爆炸。
图解：猎户座星云中心新形成的恒星风正在形成气泡（黑色），并阻止新恒星在其附近形成。与此同时，风正在将分子气体（颜色）推到边缘，在气泡周围形成一个密集的外壳，让恒星“后代”能够形成。图源：NASA
对星系风的“称量”可以为星系演化提供线索
索菲亚发现，从雪茄星系(M82)中心吹出的风沿磁场排列，输送这大量的物质。磁场通常与星系平面平行，但星系风将其拖拽，并使其垂直排布。由星系内大比例的恒星的诞生驱动产生的强星系风，可能是物质逃离星系的一大机制。在早期宇宙，类似的过程可能影响了最初一批星系的基础演化。
图解：雪茄星系（M82）的合成图像，这是一个距离大熊座约1200万光年的星暴星系。索菲亚探测到的磁场，如流线所示，似乎跟随强烈的核恒星爆发产生的双极流（红色）。该图像结合了基特峰天文台的可见星光（灰色）和氢气（红色）的追踪，以及来自索菲亚和斯皮策太空望远镜的近红外和中红外星光和尘埃（黄色）。图源：NASA
附近行星系与我们的如出一辙
围绕着恒星ε艾利达尼亚（简称艾利）的行星系统，是距我们最近的围绕着一个类似早期太阳的恒星的行星系统。索菲亚研究了来自暖尘埃的红外线，正式该系统的结构与我们的太阳系十分相近。它的物质排列在一个木星大小的行星附近的至少一条窄带中。
图解：ε艾利达尼亚（简称艾利）星系的艺术插图，图中显示艾利b星。在右前景中，一颗木星质量的行星在小行星带外缘绕其母星运行。在背景中可以看到另一条狭窄的小行星带或彗星带，加上一条与太阳系柯伊伯带大小相似的最外层带。虽然艾利星比我们的太阳要年轻得多，但艾利星系的结构与我们太阳系有显著的相似性。索非亚的观测证实了木星轨道附近存在的小行星带。图源：NASA
磁场可能正在为活跃的黑洞提供能量
天鹅座A星系的磁场正在为这个星系的中心黑洞输送物质。索菲亚研究显示，如图所示，以流线形显示的不可见力，正将物质困在距离星系中心不远处，那里距离饥饿的黑洞足够近以致被其吞噬。然而，其他星系的磁场可能会阻碍黑洞的吞噬。
图解：天鹅座A星系核心的艺术构想图，包括布满灰尘的圆环形环境，称为环面，及中心发射的喷气流。磁场在图中表现为束缚尘埃的流线。这些磁场可以帮助隐藏于星系核心的黑洞获得能量，将尘埃限制在圆环中，并使其保持足够近的距离，以便被“饥饿”的黑洞吞噬。图源：NASA
磁场可能会使星系中的黑洞变得平静
这张图片显示了我们银河系中心黑洞周围的物质环。图中流线为索菲亚探测到的磁场，它可能引导气体进入黑洞周围的轨道，而不是直接进入黑洞。这或许可以解释，为什么我们银河系的黑洞相对平静，而其他星系的黑洞则在积极地吞噬着物质。
图解：图中流线显示了银河系大质量黑洞周围尘埃环的磁场。Y形结构是向黑洞运动的温暖物质，位于Y形两臂相交处附近。流线显示，磁场与尘埃结构的形状密切相关。每个蓝色臂都有自己的场，与粉色显示的圆环的其他部分完全不同。图源：NASA
星云中的“烟雾”分子为生命的构建提供了线索
索菲亚发现，NGC7023中的有机复杂分子在受到附近恒星的辐射时会进化为更大更复杂的分子。研究人员惊讶地发现，辐射并没有破坏分子的成长而是在促成它们，而这些分子的成长是在适当条件下产生生命的一个步骤。
图解：来自索菲亚（红色和绿色）和斯皮策空间望远镜（蓝色）的NGC7023的三色图像组合显示了多环芳烃分子的不同群体。图源：NASA
尘埃可以在超新星湮灭时幸存下来
索菲亚发现，超新星爆炸时会产生大量的物质，如地球一样的行星将得以形成。红外探测发现，一个超新星10000年前产生的尘埃足以组成7000个地球。科学家们现在知道，第一轮向外的冲击波产生的物质可以在随后的向内的“反弹波”中幸免于难，其中后者是首轮冲击波与周围星际气体和尘埃碰撞时产生的。
图解：图片显示了超新星强大的冲击波通过其外环，随后向内冲击反弹。索菲亚发现，由第一个外向波产生的物质可以继续存在于第二个内向波中，并可以成为新恒星和行星的“种子”。图源：NASA
银河系中心的新视图揭示了大质量恒星的诞生
索菲亚拍摄了一张非常清晰的银河系中心的红外图像。这张全景图跨越了600光年的距离，以高分辨率影像，展示了稠密的气体和尘埃漩涡的细节，为未来研究大质量恒星的形成以及我们星系中心超大质量黑洞的成因提供了敲门砖。
图解：图片为银河系中心的合成红外图像。它横跨600多光年，帮助科学家了解有多少大质量恒星正在银河系中心形成。索非亚25和37微米的新数据（蓝色和绿色）与赫歇尔太空天文台（红色，70微米）和斯皮策太空望远镜（白色，8微米）的数据相结合。索菲亚的图像揭示了一些前所未有的特征。图源：NASA
系外行星碰撞时会发生什么
被称为BD 20 307的双星系统距离地球超过300光年，可能和岩石系外行星发生过剧烈碰撞。十年前，当观察者们在至少10亿年前成熟的恒星周边发现比预期温度更高的碎片时，认为这是星球撞击的迹象。索菲亚观察发现，这些碎片的红外亮度增加了10%以上，这表明这现在可能有更多的暖尘埃，而且与碰撞发生的时间相对较近。我们太阳系中可能也有过相似的事件并塑造了月亮。
图解：艺术概念图展示了BD 20 307行星系中两颗岩石系外行星之间的碰撞，这场灾难将它们都变成尘埃碎片。十年前，科学家们推测这个系统中的暖尘埃是行星间碰撞的结果。现在，索菲亚发现了更多温暖的尘埃，进一步支持了两颗岩石系外行星的碰撞。这有助于我们更完整地了解太阳系的历史。这次碰撞可能类似于那场创造月球的灾难性事件。图源：NASA
索菲亚——平流层红外天文台，由一架经过改装的波音747SP喷气式飞机，携带着直径为106英寸的望远镜。这是一项美国宇航局(NASA)和德国航空航天中心(DLC)共同参与的联合项目。位于加利福尼亚州硅谷的美国宇航局艾姆斯研究中心管理着索菲亚计划，科学和任务运营与大学空间研究协会总部设在哥伦比亚的马里兰州和斯图加特大学的德国索菲亚研究所(DSI)。这架飞机由位于加利福尼亚州的美国宇航局阿姆斯特朗飞行研究中心703楼进行维护和操作。
BY: Kassandra Bell
FY: Aphelion
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