紫外線——星係演化探測器
當我們在戶外活動時,常會被提醒小心紫外線的輻射,以防它對皮膚造成傷害。紫外線的波段在可見光和X射線之間,包含著較多的能量。按照波長不同,紫外線可分為短波紫外線、中波紫外線和長波紫外線。雖然我們可以使用高空氣球或者飛機對紫外線進行觀測,但是大多數情況下,都需要使用太空觀測設備。
2003年,美國宇航局發射了星係演化探測器,它其實是一架紫外線望遠鏡。作為望遠鏡,它的焦距是3米,直徑0.5米、重280千克,能夠探測波長在135~280nm的紫外線。
星係演化探測器擁有銳利的“紫外視力”,能夠對夜空中的大部分區域進行觀測。天體的紫外線光譜可用來了解星際介質的化學成分、密度、溫度,以及高溫年輕恒星的溫度與組成成分,處於演化階段早期或晚期的恒星,往往會發出很強的紫外線。
紫外線觀測還可以告訴我們星係演化的曆程,它的主要科學任務是研究宇宙大爆炸初期的氘合成,以及宇宙化學元素的合成。
星係演化探測器在紫外波段拍攝了上億個星係,它還發現了不少新生的星係。不久前,就是它看到了一個大型黑洞正在吞噬一顆恒星發出的紫外線的過程。2012年,它還看到了一顆超新星爆發產生的束狀氣體,那些束狀氣體和塵埃被超級星的衝擊波加熱,可以在紫外條件下進行觀測。
星係演化探測器是由美國多個科研機構參與研製的,韓國和法國的科學家也參與其中,它在地球上空697千米的圓形軌道上運行,計劃使用壽命是29個月。
X射線——錢德拉X射線望遠鏡
太陽會發出X射線,月球會反射太陽光,所以月球也會發出微弱的X射線。1962年,一個探空氣球升空了。在觀測過程中,它發現天蠍座X-1是一個很強的X射線源,從那時候開始,X射線天文學誕生了。
X射線具有很強的能量,很多天體都會發出X射線,除太陽外,脈衝星、脈衝雙星、超新星遺跡、X射線新星、塞佛特星係、類星體、黑洞等天體也都會發出強烈的X射線。
從遙遠天體發射來的X射線,在經過地球大氣層的時候會被吸收,人們隻有把望遠鏡放到太空,才有可能觀測到這些來自宇宙的信號。X射線望遠鏡的原理比較特別,它通常被稱為掠射望遠鏡。當X射線照射到金屬板上時,會被阻擋,但當它以很低的角度照射到金屬板的時候,就可以暢通無阻。此時,X射線正是以掠射的方式馳騁。讓X射線以很低的幾乎是平行的角度照射到金屬板上,並且聚焦成像,就是掠射式望遠鏡。這是一種反射式的望遠鏡,反射麵一般采用拋物麵或者雙曲麵,鏡片有三種組合。
從氣球探測到掠射式X射線望遠鏡,是一個發展曆程。現在人們又運用了很多的輔助手段,使X射線天文學發展到新的階段。當代X射線天文衛星有歐洲的XMM-牛頓衛星、錢德拉X射線天文台、日本的朱雀衛星等。錢德拉X射線天文台是其中比較出色的代表,它於1999年發射,耗資15億美元,作為空間X射線望遠鏡,它的觀測能力已經不亞於地麵上的大型光學望遠鏡。
錢德拉X射線望遠鏡總重約4.8噸,主鏡為四台套筒式掠射望遠鏡,每台口徑1.2米,焦距10米,接受麵積為0.04平方米。除此之外,它還攜帶著多台高級色譜儀器,包括10台成像攝譜儀、高能透射光柵射譜儀、低能透射光柵攝譜儀和高分辨率照相機。先進的成像設備與光譜分析技術相結合,標誌著X射線天文學從測光時代進入了光譜時代,錢德拉X射線望遠鏡也因此成為X射線天文學曆史上,具有裏程碑意義的空間望遠鏡。
錢德拉X射線望遠鏡成績斐然,大大加深了人們對黑洞的認識。天體在相互吞噬的時候會發生X射線爆發,如能觀測到這些現象,無疑會加深人們對天體之間相互吞噬的認識。
錢德拉X射線望遠鏡運行在一條橢圓軌道上,近地點為1萬千米,遠地點為14萬千米,軌道周期為64小時。直到今天,它依然在為我們孜孜不倦地工作著。
伽馬射線——費米伽馬射線空間望遠鏡
1900年,人們終於認識到自然界中存在著伽馬射線。核爆炸會產生伽馬射線,令人難以忘記的廣島原子彈爆炸,讓人們知道了它極強的能量,對生物有著巨大的傷害。一個低能量的伽馬射線光子所攜帶的能量,相當於幾十萬個可見光光子。它在電磁波譜中有著最高的頻率和能量。簡單地說,伽馬射線是光的最高能量形式。
伽馬射線具有很強的穿透性,可以穿透幾厘米厚的鉛板,科學家根本沒有辦法讓伽馬射線彙聚起來。此外,即使麵對太空中最強的連續伽馬射線源,我們在兩分鍾內也很難接收到一個粒子。更何況,伽馬射線源一般都是突然出現,射出一股伽馬射線之後,便立刻消失了。這些原因讓人們難以將伽馬射線彙聚起來,更無法聚焦成像。所以把探測它的儀器稱為望遠鏡實在是不恰當,嚴格地說,它隻是一種探測器,探測來自遙遠深空的時斷時續的伽馬射線。