天文卫星与轨道天文台

郭红锋

虽然地球大气层保护了地球上的生命，但也阻挡了绝大部分的天体辐射，使得人类在地面上并不能观察到全部的宇宙信息。直到人类有了航天技术，科学家才能把各种仪器搭载到天文卫星上发射到太空，去获得更多的宇宙真相。天文卫星（也称轨道天文台）按观测目标不同，分为太阳观测卫星和非太阳观测卫星;按所搭载仪器不同，又可分为红外、紫外、X射线和γ射线等天文卫星。

第一颗天文卫星是美国在1960年发射的太阳辐射监测卫星（solrad-1），它测量到了太阳紫外线和X射线的辐射通量（即单位时间内通过单位面积的辐射能量）。

美国在20世纪六七十年代还发射了3个系列的轨道观测台，即轨道太阳观测台（OSO）、轨道天文台（OAO）和高能天文台（HEAO）。此外还发射了观测紫外线、X射线、γ射线等的天文卫星。1983年，美国发射了第一颗红外天文卫星（IRAS）。1995年，美国国家航空航天局（NASA）和欧洲航天局（ESA）联合发射了太阳和日球层观测台（也称太阳观测卫星SOHO），在轨工作25年，观测到大量的太阳物理数据，拍摄了丰富的太阳变化图片。

大型轨道天文台项目，是美国研制的4个大型空间望远镜，分别是哈勃空间望远镜、康普顿伽玛射线天文台、钱德拉X射线天文台和斯皮策空间望远镜。它们工作在不同波段。

哈勃空间望远镜（HS T），1990年4月24日由“发现号”航天飞机发射升空，工作在可见光和近紫外波段，1997年维修之后具备了近红外观测能力。

康普顿γ射线天文台（CGRO），1991年4月5日由“亚特兰蒂斯号”航天飞机搭载升空，工作在γ射线波段，也能扩展到硬X射线波段。

钱德拉X射线天文台（CXO），1999年7月23日由“哥伦比亚号”航天飞机搭载升空，工作在软X射线波段。

斯皮策空间望远镜（SST），2003年8月25日由“德尔塔Ⅱ”型火箭发射升空，工作在红外波段。

大型轨道天文台计划的目标是将不同电磁波段的天文学研究一起向前推进。由于红外线、紫外线、X射线和γ射线等都不能穿透地球大气层，故这些波段的探测只能通过空间天文观测获得。康普顿γ射线天文台和钱德拉X射线望远镜都在口径或者分辨率上比前一代天文卫星提高了一个数量级。斯皮策空间望远镜虽不比之前的空间红外望远镜（ISO）口径大很多，但所携带的红外探测设备，在性能上有很大的提高。哈勃空间望远镜充分利用了处于浓密大气层以外的优势，在可见光、近红外和近紫外波段，都能观测到比地面大型光学望远镜看到的更暗弱的天体。大型轨道天文台的各台望远镜都在自己的领域里做出了重要的贡献。

自从人类进入宇航时代以来，已经向太空发射了很多个大大小小的天文卫星、轨道天文台、太空望远镜、空间探测器等空间天文观测仪器，获得了大量地面上观察不到的宇宙深处的信息，帮助人类更深入广泛地了解宇宙的结构、组成、演化，以及过去、现在和未来的发展规律。

我国的天文卫星技术起步较晚，现在正在急起直追。

“悟空号”是我国第一颗天文卫星，于2015年12月17日发射升空。其核心使命就是在宇宙射线电子和γ射线辐射中寻找暗物质粒子存在的证据，并进行天体物理研究。“悟空号”在“高能电子、γ射线的能量测量准确度”以及“区分不同种类粒子的本领”这两项关键技术指标方面领先世界，尤其适合寻找暗物质粒子湮灭过程产生的一些非常尖锐的能谱信号，其观测能段是国际空间站阿尔法磁谱仪的10倍，能量分辨率比国际同类探测器高3倍以上，堪称迄今为止在同类辐射范围内观测能段范围最宽、能量分辨率最优的暗物质粒子探测卫星。

2021年10月14日，我国成功发射首颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”。该星搭载太阳空间望远镜，将实现国际首次太阳Hα波段光谱成像的空间探测，填補太阳爆发源区高质量观测数据的空白，提高了我国在太阳物理领域研究能力，对我国空间科学探测及卫星技术发展具有重要意义。

2017年6月15日，我国首颗X射线天文卫星“慧眼”发射成功。“慧眼”卫星搭载高能X射线望远镜、中能X射线望远镜和低能X射线望远镜三种科学载荷和空间环境监测器，其科学目标是研究黑洞、中子星等致密天体等天文学前沿课题，同时也可以实现宽波段、大视场X射线巡天和高灵敏度的伽马射线暴全天监视。该星的投入使用使我国高能天文研究进入空间观测的新阶段，对提高我国在空间科学领域的国际地位和影响力具有重要意义。