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上回我们聊到了天文学可以按照探测波段划分为:射电天文学,红外天文学,光学天文学,高能(x射线、γ射线等)天体物理学等。前三个领域已经做了一个非常简要的介绍,这次简要谈一下高能天文学。之所以自成一节,是因为高能天文学包含的内容要多一些,至少可以分为x射线天文学和伽马射线天文学。
x射线天文学相对于射电天文和光学天文来说,是观测天文学中一个非常年轻的领域之一。这个领域的发展可以说是伴随着高空探测(主要是高空气球,如图1所示)和空间天文学的发展而来的。最早期的x射线的观测就是用探空火箭(飞行时间往往很短,采集数据基本只能够持续几分钟)和高空气球,而且气球还不能够上升到整个大气层之上,这个阶段的发展实际上属于x射线天文的初创阶段。
图1. 高空气球示意图
真正有较大进展的还是Uhuru卫星的发射(1970年发射升空),这是第一个从事x射线观测的卫星,它首次进行了全天的巡天观测,发现了339个发射强x射线的天体。当然这个卫星比较小,运行了只有两年时间,后来因电源耗尽停止工作。
在这之后,NASA又发射了许多更大的卫星,共同组成了高能天文台(HEAO)计划,在这个系列中,第二个卫星是爱因斯坦天文台(HEAO-Einstein),率先使用了掠射成像技术(为啥采用这种技术,而不像光学望远镜那样呢?因为x射线不像光线那样照射到镜面会反射,它会直接穿过镜面,就像x射线穿过身体拍CT一样,这样就没法探测了。非常幸运的一点是掠射角很小的时候,x射线可以实现小角度的掠射,这样就可以探测它,如图2所示),构成了第一代x射线望远镜(如图3所示),并且拍到了第一张x射线天体的像,大大增进了我们对于各类天体本质的了解。
图2. 掠射望远镜的一些基本形式
图3. 爱因斯坦卫星示意图
1990年伦琴卫星(ROSAT,如图4所示)发射升空,它在灵敏度和角分辨率上有了一个更大的提升,在服役八年半的时间内共计发现了约15万颗射线源。后来,1999年7月和12月,又有两台望远镜发射升空,分别是NASA的钱德拉x射线空间天文台(如图5所示)和ESA的XMM-Nexton X射线空间望远镜(如图6所示)。
钱德拉x射线空间天文台由美国哥伦比亚飞机送入太空,它的主镜为4台套筒式掠射望远镜,每台口径1.2米,焦距10米,轨道的远地点高度14万km,近地点高度1.6万km,提供了亚豪角秒的天体像和光栅分光测量,主要任务是以高分辨率证认宇宙中的X射线天体,并拍摄其X射线光谱,对研究恒星晚期演化、特别是对于探测黑洞和宇宙暗物质有重要意义。
XMM-Newton由ESA发射,它由3架X射线望远镜组成,每架长度2.5m,直径90cm,具有很大的有效采光面积,同时可以进行光学波段的观测,目前这台望远镜的数据仍然可以被用来进行科学研究。
图4. 伦琴X射线望远镜 图5. 钱德拉X射线望远镜 图6. XMM-Newton X射线望远镜
预知γ射线望远镜的情况如何,且听下回分解。
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GMT+8, 2025-4-15 22:21
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