太空巡警：X射线天文卫星

文 绿 茵

太空巡警：X射线天文卫星

文 绿 茵

天文卫星也叫空间望远镜，它通过探测各种天体发出的不同波谱、不同强度的电磁波了解宇宙，改变了以往坐地观天的传统，摆脱了大气层对天文观测的影响，相当于把天文观测台搬进太空。更重要的是，天文卫星能在全频段范围内对宇宙空间进行详细观测，对人类认识宇宙有革命性的推动。

近年来，各国X射线空间望远镜开始陆续升空，大大开拓了天文学家的视野，增加了他们了解宇宙中一些神秘天体的可能性。

美国发射的“核区分光望远镜阵列”高能天文卫星

各有所长

宇宙中的天体每时每刻都在发射电磁波，由于各种天体的性质和特点不同，因此所发出的电磁波也不同。目前天文卫星大多是按照所观测天体的电磁波谱来分类，分为红外天文卫星、紫外天文卫星、X射线天文卫星和ɣ射线天文卫星等。这些天文卫星各有所长，但谁也不能“一统天上”，这是因为仅靠某一颗天文卫星很难对宇宙进行全频段观测。

一般来说，天体温度越高，发出的电磁波波长越短。在电磁波谱中，ɣ射线的波长最短，X射线次之，接下来依次是紫外线、可见光、红外线和射电波。人类可以利用这一特性，通过观测天体发出的电磁波分析它们的类型和特征。

近年来，X射线天文卫星成果颇多，也越来越受天文学家们的青睐。这种卫星又被称为空间高能天文卫星或空间高能望远镜，因为它们主要用于观测宇宙中的高温天体和宇宙中发生的高能物理过程——宇宙中很多极端天体的物理过程都会产生强烈的X射线高温气体，比如白矮星、中子星和黑洞吸收物质的过程。

由于宇宙中许多天体都发射X射线，因此探测宇宙中的X射线对探索宇宙奥秘具有重要意义。又由于X射线极易被介质吸收，介质对X射线的折射率非常低，所以在地面进行高能X射线的收集和聚焦非常困难。即使在太空观测X射线，望远镜的设计也要非常讲究，不能选用普通的折射系统，而要让射线以掠射方式射入镜面才行。

硬X射线调制望远镜

我国研制的首颗天文卫星——“硬X射线调制望远镜”将于2015年正式升空。它是一颗工作于硬X射线能区(1～250千电子伏特)的空间高能天文卫星，用于完成深度巡天，可发现大量巨型黑洞、大批硬X射线天体和一系列天体高能辐射新现象，并绘出高精度的硬X射线天图。

该卫星具有比欧洲“国际ɣ射线天体物理实验台”、美国“雨燕”更强大的成像能力和独一无二的定向观测能力，能以最高灵敏度和分辨率发现大批被尘埃遮挡的超大质量黑洞和其他未知类型高能天体，从而对宇宙硬X射线背景的性质做深入研究。

我国“硬X射线调制望远镜”在轨运行示意图

“硬X射线调制望远镜”携带的低能(1～15千电子伏特)、中能(5～30千电子伏特)和高能(20～250千电子伏特)三个望远镜，都是准直型探测器，直接调节扫描数据可以实现高分辨和高灵敏度成像以及对弥散源的成像；而大面积准直探测器又能获得特定天体目标的高统计和高信噪比数据，使“硬X射线调制望远镜”既能实现大天区成像，又能通过宽波段时变和能谱观测研究天体高能过程。

各国竞相研制

由于X射线空间望远镜不断产生重大天文发现，引发了一些国家争相研制空间高能天文望远镜的浪潮，仅今年就将增加3个。

计划今年发射的俄罗斯“光谱-X-ɣ”卫星，主要用于探测上千个星系团和星系群中的热星系际介质以及星系团之间的纤维状热气体，从而研究宇宙的结构演化。

印度的“天文卫星”也拟于今年入轨。它是印度首颗天文卫星，主要用于监测宇宙天体源的辐射强度变化，对X射线双星、活动星系核、超新星遗迹和恒星冕进行光谱观测和监视可能出现的瞬变源等。

2013年，日本也将发射“天文-H”高能天文卫星，预计该卫星将在空间高能天文领域获得大批重要的发现，促进对宇宙的极端物理现象，尤其是强引力场和强磁场中的物理过程的理解。

将于2021年发射的美国“国际X射线天文台”卫星

2021年，由美、欧、日联合研制的“国际X射线天文台”将入轨，用于捕获宇宙边缘处黑洞发出的信号，并研究它们和宇宙原初星系的关系以及演化过程，了解宇宙的起源和组成。该卫星装有口径约3米、焦距12米的光学系统和6个焦平面探测器系统，具有前所未有的综合科学能力，其有效面积和能量分辨率将远远超越以前所有的空间高能天文卫星。

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已发射的X射线空间望远镜

1999年7月23日，美国“钱德拉”X射线空间望远镜升空。其主镜为4台套筒式掠射望远镜。该卫星在0.1～10千电子伏特之间有较高的灵敏度，因此能研究极弱的X射线源。

1999年12月10日发射的欧洲“牛顿”X射线多镜面卫星主要用于研究1～120纳米的电磁波谱区域，覆盖了0.1～12千电子伏特的能量范围，能收集到宇宙中30000颗星星的X射线光谱。

2005年7月10日，日本发射了“天体-E2”X射线天文观测卫星。该卫星覆盖的能量范围是0.4～700千电子伏特，可与美国的“钱德拉”和欧洲的“牛顿”共同观测一个天体，利用各自的特长收集资料。

2012年6月13日入轨的美国“核区分光望远镜阵列”卫星，可观测来自天体的5～80千电子伏特之间的高能X射线，尤其是核光谱。其主要科学目标是深度探索质量超过太阳10亿倍的黑洞以及了解重元素如何在超新星中形成等。