宇宙中的人类“天眼”,各式各样的太空望远镜大盘点

在地球表面进行的天文学观测研究会由于,地球大气层电磁辐射的干扰和阻隔而受到限制,只有光和无线电频率的电磁信号才不会被大气层所隔断,而在光和无线电波频率范围外的天文学研究非常重要。例如,在地球表面获取X射线是不可能的,同样的红外线和紫外线也被大气层阻断了。
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因为地球的大气层对许多波段的天文观测影响很大,所以需要把天文学观察仪器放置到太空中。而且在地球大气层外围绕地球旋转的望远镜也不会受到眨眼效应(大气中空气流动造成的)的影响,还能避开地球表面人工光源的光污染。
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目前已有不少空间望远镜在太空中运行,大大增加了我们对于宇宙的认识。太空望远镜可以根据电磁波谱的主要频段来区分,自高频至低频可以分为伽玛射线区、X射线区、紫外线区、可见光区、红外线区、微波区和无线电区。而波长和频率相反,频率越高波长越短,太空望远镜的工作区间便是上述中的一个或多个频段。
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伽玛射线天文望远镜
伽玛射线可以来自超新星、中子星、脉冲星和黑洞,而具有极高能量的伽玛射线暴也已经被探测到,而伽玛射线会被大气层吸收,伽玛射线望远镜主要采集并观测宇宙中的高能伽玛射线源。
费米伽玛射线太空望远镜是在地球低轨道的伽马射线天文台,是美国、德国、法国、意大利、日本、瑞典联合,于2008年发射,用来进行大面积巡天以研究天文物理或宇宙论现象,如活动星系核、脉冲星、其他高能辐射来源和暗物质,另外,它搭载的伽玛射线爆监视系统可用来研究伽玛射线暴。
康普顿伽玛射线天文台是NASA于1991年发射的伽玛射线天文台,以在伽玛射线领域做出重要贡献的美国物理学家康普顿的名字命名,于1991年由亚特兰蒂斯号航天飞机搭载升空,是大型轨道天文台计划的四台太空望远镜之一。
康普顿伽玛射线天文台在轨期间进行了两次巡天,第一次巡天观测了蟹状星云、天鹅座X-1、天鹅座X-3等天体,第二次巡天包括银河系中心、超新星1987A等,并在4年时间里发现了271个伽玛射线源、记录了约2500个伽玛射线暴。康普顿伽玛射线天文台的设计寿命为5年,但一直工作了9年时间,2000年5月26日,在传回最后一次太阳观测资料后,最终在6月4日被引导坠入地球大气层,在太平洋上空烧毁。
X射线天文台
X射线的发射源有很多种天体,如星系中的超新星遗迹、恒星、白矮星、中子星或黑洞等,星系团可以通过星系核中的超大质量黑洞来发射X射线。太阳系中的有些天体也会发射X射线,而月球能够反射来自太阳的X射线,太阳风中的高能粒子高速撞击到月球表面后,还会激发月球表面的物质粒子,从而产生X射线,宇宙还有很多无法一一辨认的X射线源,一般认为它们发射的X射线集体形成了观测到的X射线背景。与伽玛射线类似,X射线在大气层中会被大幅吸收,X射线望远镜用于观测高能的X射线。
钱德拉X射线天文台是NASA于1999年发射的X射线天文台,以美国籍印度物理学家苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡命名,是大型轨道天文台计划的四台太空望远镜之一。其特点是兼具极高的空间分辨率和谱分辨率,被认为是X射线天文学上具有里程碑意义的空间望远镜,标志着X射线天文学从测光时代进入了光谱时代。
钱德拉X射线天文台取得了大量的成果,包括发现了中等质量黑洞的证据、发现伽玛射线暴中的X射线发射,观测到了银河系中心超大质量黑洞人马座A的X射线辐射,观测到了物质从原恒星盘落入恒星时发出的X射线等。
XMM-牛顿卫星是欧空局1999年发射的X射线天文台,具有极高的谱分辨本领。
紫外线天文台
紫外线来源于太阳以及其他恒星和星系,同样会被地球大气层大量吸收。紫外望远镜用于观测波长范围约为100至3200埃米(埃米是晶体学、原子物理、超显微结构等常用的长度单位,即纳米的十分之一)的紫外线。
极紫外探测器于1992年6月7日发射,使用于紫外线天文学的太空望远镜,是第一架有能力侦测波长范围在7至76奈米短波紫外线辐射的仪器,对全天空所做的巡天观测总共编录了801个天体,于2002年1月30日重返大气层烧毁。
远紫外分光探测器是约翰霍普金斯大学为NASA研制的一颗紫外线天文台,工作在电磁波谱中波长为90至120纳米的紫外波段,主要科学目标包括研究宇宙大爆炸初期的氘合成,宇宙中各种化学元素的丰度、星系的化学演化、星际介质等。

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