|
天文衛(wèi)星，如果按觀測(cè)目標(biāo)的不同，它們可分為以觀測(cè)太陽(yáng)為主的太陽(yáng)觀測(cè)衛(wèi)星和以探測(cè)太陽(yáng)系以外的天體為主的非太陽(yáng)探測(cè)衛(wèi)星。從20世紀(jì)90年代起，美國(guó)就開(kāi)始實(shí)施引人注目的"空間大天文臺(tái)計(jì)劃"，即發(fā)射4顆大型的非太陽(yáng)探測(cè)天文衛(wèi)星，幫助天文學(xué)家更好地觀察宇宙。這4顆衛(wèi)星實(shí)際上就是4個(gè)天文望遠(yuǎn)鏡，被譽(yù)為空間觀測(cè)的“四大天王”，按發(fā)射時(shí)間順序?yàn)椤肮保℉ST）空間望遠(yuǎn)鏡、“康普頓”γ射線望遠(yuǎn)鏡（CGRO）、“錢德拉”Ｘ射線望遠(yuǎn)鏡(Chandra)和“空間紅外望遠(yuǎn)鏡”（STIRF）。
在電磁波譜中，γ射線的波長(zhǎng)最短，X射線次之，后面依次是紫外線、可見(jiàn)光、紅外線和射電波?！八拇筇焱酢备饔兴L(zhǎng)，因?yàn)橛钪嬷械奶祗w發(fā)出各種波段的電磁波，靠一個(gè)望遠(yuǎn)鏡很難進(jìn)行全波段觀測(cè)。對(duì)于天體來(lái)說(shuō)，溫度越高，其黑體輻射的波長(zhǎng)越短；另一方面，一般來(lái)說(shuō)，天體變化、活動(dòng)的越劇烈，其高能輻射（X、γ射線）占其全部輻射的比例越高。利用這一特性，“康普頓”γ射線望遠(yuǎn)鏡和“錢德拉”X射線望遠(yuǎn)鏡主要用于觀測(cè)宇宙中的高溫天體和宇宙中發(fā)生的高能物理過(guò)程，“哈勃”空間望遠(yuǎn)鏡配備了可見(jiàn)光和紅外望遠(yuǎn)鏡，可觀測(cè)許多種類的天體，而“空間紅外望遠(yuǎn)鏡”是專門用于紅外觀測(cè)的衛(wèi)星，能觀測(cè)到低溫天體。
這4個(gè)從紅外線觀測(cè)至γ射線觀測(cè)的大型空間望遠(yuǎn)鏡，可探測(cè)到宇宙中大部分電磁波譜，使天文學(xué)家以全新的方式觀察宇宙，揭示其奧秘。 |
|
 1990年4月25日率先登天的“哈勃”空間望遠(yuǎn)鏡(HST)是“全能冠軍”，星上儀器主要工作在紫外、近紅外和可見(jiàn)光波段。它的觀測(cè)能力可達(dá)到從華盛頓看到6萬(wàn)公里外悉尼的一只螢火蟲，這相當(dāng)于在地球上觀測(cè)到月球上裝兩節(jié)電池的手電筒的閃光。（左圖為NASA提供的HST圖片）
“哈勃”由航天飛機(jī)送上高590 公里、傾角28.5° 的軌道，造價(jià)近30億美元。其外形宛如一輛長(zhǎng)翅膀的大型公共汽車，長(zhǎng)13.3米，直徑4.3米，重11.6 噸。“哈勃”自發(fā)射以來(lái)，共有20多個(gè)國(guó)家的2000多名科學(xué)家用它進(jìn)行了10多萬(wàn)次天文觀測(cè)，撰寫了1000多篇論文。
“哈勃”空間望遠(yuǎn)鏡以美國(guó)天文學(xué)家哈勃 (Edwin Powell Hubble,1889-1953)的名字命名（右圖）。他對(duì)星系、宇宙膨脹和宇宙的大小的研究貢獻(xiàn)良多。他發(fā)現(xiàn)漩渦狀的星云其實(shí)是如同我們銀河系般的星系，他確認(rèn)出仙女座大星系 (Andromeda Galaxy) 中的造父變星，證明河外星系的存在，并把它們分類，同時(shí)又發(fā)現(xiàn)星系光譜中的紅移現(xiàn)象，證明星系間正互相遠(yuǎn)離，這發(fā)現(xiàn)給予宇宙膨脹理論極大的支持。
“哈勃”空間望遠(yuǎn)鏡的功勛卓著。例如，它最遠(yuǎn)已觀測(cè)到140億光年的星系；證明某些星系中央存在超高質(zhì)量黑洞；找到了1顆比太陽(yáng)亮1000萬(wàn)倍的恒星；拍攝到第1幅太陽(yáng)系外的行星圖像；對(duì)千載難逢的彗星與木星相撞進(jìn)行了詳細(xì)的觀測(cè)；對(duì)火星等太陽(yáng)系行星的氣候情況進(jìn)行了研究等。通過(guò)“哈勃”，大大增進(jìn)了人類對(duì)宇宙大小和年齡的了解，使天文學(xué)家有可能跟蹤宇宙發(fā)展的歷史?！肮睂⒐ぷ鞯?010年左右，屆時(shí)將由“新一代空間望遠(yuǎn)鏡”（NGST）接替它，后者更輕、更便宜，性能更好。
|
|
 “四大天王”中的老二——“康普頓”γ射線空間望遠(yuǎn)鏡（CGRO）是1991年4月5日升空的（右圖）,重達(dá)17噸。之所以這么重,是因?yàn)橛钪孑椛湓捶派涞摩蒙渚€數(shù)少（γ射線是在宇宙發(fā)生一些最強(qiáng)烈的玄妙現(xiàn)象時(shí)才產(chǎn)生）,所以要用大型儀器才能在不很長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)對(duì)大量的光子進(jìn)行探測(cè)。這一太空巨星載有4種儀器，將近7噸重,最大的1臺(tái)尺寸如同小汽車,重約1噸。它們能探測(cè)到能量為2萬(wàn)-300億電子伏特的光子和各種能量的γ 射線，而且每臺(tái)儀器都能識(shí)別出某個(gè)特定范圍中的光子射線，從而可以對(duì)探測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行相互比較。
 “康普頓”γ射線空間望遠(yuǎn)鏡以美國(guó)科學(xué)家康普頓（Arthur Holly Compton，1892-1962）的名字命名?？灯疹D獲1927年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的一半。
γ射線通常來(lái)自宇宙中的雙星、脈沖星和黑洞等高密度天體,通過(guò)探測(cè)空間的γ射線,對(duì)于揭開(kāi)黑洞之謎、了解恒星的形成及演化等具有重要意義。“康普頓”γ射線空間望遠(yuǎn)鏡在軌工作期間探測(cè)到2600起γ射線的噴發(fā),地點(diǎn)遍布全宇宙,其中包括來(lái)自30個(gè)目前尚無(wú)人了解的星體。這些γ射線的噴發(fā)分別來(lái)自黑洞、太陽(yáng)和星體爆炸等,有些資料讓科學(xué)家首次了解到黑洞是如何引發(fā)Ｘ和γ射線的噴發(fā),而且其外射速度接近于光速。1997年4月底,美國(guó)通過(guò)“康普頓”觀測(cè)到銀河系中噴射出來(lái)的反物質(zhì)粒子云,在天文界引起轟動(dòng)。同年,它還探測(cè)到一束120億年前產(chǎn)生的γ射線沖擊波。
“康普頓”把宇宙的可觀察范圍擴(kuò)大了300倍，在軌服役9年，超期了4年,后因故障于2000年6月4日由人工控制“跳?！薄＿@些年，每年約有100名天文學(xué)家利用"康普頓"進(jìn)行研究，至今已根據(jù)資料寫出2000篇左右的論文，有些資料改變了天文學(xué)家看待宇宙的方法，但是γ射線噴發(fā)的原因至今仍是一個(gè)謎。 |
|
 “四大天王”中的老三——“錢德拉”Ｘ射線望遠(yuǎn)鏡(Chandra)（左圖）是1999年7月24日發(fā)射的，被送入預(yù)定的近地點(diǎn)為1萬(wàn)公里、遠(yuǎn)地點(diǎn)為14萬(wàn)公里的軌道。
“錢德拉”長(zhǎng)13.5 米、重約22.5 噸，耗資15.5億美元。它配備有高分辨率鏡面組合、高級(jí)電荷耦合裝置成像光譜儀(ACIS)、高分辨率相機(jī)、高能透射 光柵和低能透射光柵光譜儀，分辨率是以前升空的Ｘ射線天文衛(wèi)星的10倍,而且集光能力強(qiáng),成像的能量范圍廣,并可精確地把光譜分解成不同的能量成份。
“錢德拉”是以天體物理學(xué)家、美籍印度人蘇布拉馬尼揚(yáng)·錢德拉塞卡爾（Subrahmanyan Chandrasekhar，19l0-1995）的名字命名的，錢德拉塞卡爾獲1983年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的一半。
“錢德拉”望遠(yuǎn)鏡已發(fā)現(xiàn)了大約宇宙7000個(gè)Ｘ射線源，計(jì)劃在太空至少運(yùn)行5年。它可提供有關(guān)黑洞、 相撞的星系和超新星遺跡等一些最主要的宇宙Ｘ射線源的高清晰度圖像,測(cè)定宇宙總質(zhì)量中有多少是以熾熱氣體的形式存在；檢查宇宙的年齡和星球演變及超新星爆發(fā)理論。這些都有利于更多地了解宇宙的起源和演化。
（右圖為“錢德拉”2003年9月拍攝到的一組月球X射線照片，圖右側(cè)為所拍攝的月球明亮區(qū)域由氧、鎂、鋁和硅原子發(fā)出的X射線照片） |
|
 “四大天王”中的老四——“空間紅外望遠(yuǎn)鏡”（STIRF）原定于2001年底～2002年初發(fā)射，因技術(shù)原因延期了幾年，終于在2003年8月25日凌晨發(fā)射成功。
目前，總價(jià)值約12億美元的“空間紅外望遠(yuǎn)鏡”還沒(méi)決定用哪位天文學(xué)家的名字命名，它長(zhǎng)4．45米，直徑約2米，包括一個(gè)直徑85厘米的透鏡和3臺(tái)觀測(cè)儀器。其中的紅外陣列照相機(jī)能在近紅外和中紅外波長(zhǎng)上進(jìn)行觀測(cè)，紅外攝譜儀可將光分成不同的波長(zhǎng)以研究天體的構(gòu)成，另一臺(tái)多波段成象光度計(jì)則能在遠(yuǎn)紅外波長(zhǎng)上采集照片和數(shù)據(jù)。這些儀器通過(guò)液態(tài)氦進(jìn)行冷卻，能在僅比絕對(duì)零度高1．4攝氏度的低溫下工作。
據(jù)估計(jì)，“空間紅外望遠(yuǎn)鏡”的觀測(cè)壽命最短為2.5年，目標(biāo)在5年以上。由于采用了大型紅外探測(cè)器陣列技術(shù)及最先進(jìn)的低溫技術(shù),它的靈敏度極高,不僅能觀測(cè)到超過(guò)目前任何空間天文望遠(yuǎn)鏡上百萬(wàn)倍遠(yuǎn)的觀測(cè)目標(biāo)，還能穿越氣團(tuán)和塵埃查看恒星的誕生和死亡， 讓科學(xué)家了解宇宙早期的模樣。該望遠(yuǎn)鏡的軌道也非常獨(dú)特，躲在地球后面，與地球保持同樣的角速度繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)。這個(gè)軌道可使衛(wèi)星有一個(gè)良好的熱環(huán)境，利用大自然作為冷卻源，這樣就可以少帶液氦，減輕自身重量。
目前已確定“空間紅外望遠(yuǎn)鏡”將于2005年被“空間干涉測(cè)量?jī)x”（SIM）衛(wèi)星（左圖為效果圖）所取代，后者所觀測(cè)的天體位置的精確度是“哈勃”太空望遠(yuǎn)鏡的1000倍，它能使人類首次觀察到球面星團(tuán)中的單個(gè)恒星。 |
|
 除了美國(guó)的“四大天王”，歐洲的天文衛(wèi)星也不亞于美國(guó)。1983年升空的世界第一顆紅外天文衛(wèi)星就是荷蘭“領(lǐng)銜”研制的。1995年11月16日,歐洲空間局又發(fā)射了“紅外空間觀測(cè)器”衛(wèi)星” （ISO）（左圖）。1999年12月10日入軌的歐空局的“多鏡面X射線觀測(cè)衛(wèi)星”(XMM)（右圖）的靈敏度是美國(guó)“錢德拉”Ｘ射線空間望遠(yuǎn)鏡的5倍。
XMM外形尺寸為10.8米×4米，質(zhì)量3900公斤，有效載荷是1架口徑為30厘米的光學(xué)觀測(cè)望遠(yuǎn)鏡。XMM由3個(gè)相同的外直徑為70厘米的X射線反射鏡組件和3臺(tái)CCD成像儀以及2臺(tái)第1次用于探測(cè)X射線的高分辨率反射光柵譜儀組成。這架新型望遠(yuǎn)鏡一共有174塊反射鏡，反射鏡組件的焦距為7.5米，具有比以前任何望遠(yuǎn)鏡都要高得多的光通量和靈敏度。
天文學(xué)家對(duì)XMM寄予厚望，他們希望在該衛(wèi)星的10年有效壽命期內(nèi)能收集到宇宙中3萬(wàn)顆星的X射線光譜，并利用這顆衛(wèi)星得到宇宙中的“黑洞”存在的確實(shí)證據(jù)。
日本不甘示弱，于1997年2月12日發(fā)射了世界最大的“空間射電望遠(yuǎn)鏡”（VSOP）（左圖）它可從東京分辨出悉尼的1顆米粒大小的東西,能在揭開(kāi)黑洞結(jié)構(gòu)等許多宇宙之謎方面發(fā)揮作用。
（高能所科研處制作 內(nèi)容摘自科技日?qǐng)?bào)、電子期刊、科學(xué)之門網(wǎng)站、中國(guó)教育和科研計(jì)算機(jī)網(wǎng)、NASA網(wǎng)等 |
20世紀(jì)90年代早期的“宇宙背景探測(cè)器”（COBE）用于探索時(shí)間跨度從“大爆炸”后10萬(wàn)年