Astronomy 版 (精华区)

发信人: reise (旅行), 信区: Astronomy
标  题: X射线天文学
发信站: 哈工大紫丁香 (2003年05月19日21:18:20 星期一), 站内信件

    X射线天文学是通过X射线波段(波长0.01～100埃的电磁辐射)研究天体的一门
学科。 

    因为天体的 X射线会受到地球大气的严重阻碍，所以主要利用卫星进行探测。
因此，虽然 X射线的探测始于二十世纪四十年代，但是成为一门学科，则是人造地
球卫星上天以后的事。

    早期的观测工作集中于太阳的研究。自从1962年6月18日美国麻省理工学院研
究小组第一次发现来自天蝎座方向的强大 X射线源以后，非太阳 X射线天文学进入
一个新的发展阶段。七十年代以来，发射了专门研究 X射线的天文卫星，观测到许
多先前不知道的宇宙 X射线源，使X射线源的数目从十几个猛增到一千多个。

    太阳 X射线的探测，主要弄清了它的三个成分：日冕高温等离子体的连续辐射
和其他谱线辐射，构成了 X辐射宁静成分；温度在百万度以上的日冕凝聚区的超热
等离子体所产生的辐射，构成 X辐射的缓变成分，在日面上呈现为 X射线亮斑。太
阳活动区所产生的X射线爆发，构成了X辐射突变成分。在日面上呈现为 X射线耀斑
。

    过去几年，太阳 X射线测量的一个重要方面，是探测 X射线爆发的能谱和偏振
。着重于研究耀斑脉冲阶段的高能天体物理过程，如高能粒子的起源、传输、能量
的转化以及发射的性质等等。目前已初步确立了X射线辐射源的模型，这对耀斑物
理的研究有重要价值。另外，已经研究清楚，太阳X射线在形成地球电离层的过程
中起重要作用。

    X射线望远镜已具有角秒量级的高分辨本领，这就为深入研究太阳现象创造了
条件。X射线耀斑和X射线亮斑的发现大大增进对太阳活动区的研究和认识。而X射
线冕洞的发现，更是太阳物理学的一项重大成果。现在已经查明，X射线冕洞就是
高速太阳风的风源，也就是日地关系研究中长期没有弄清楚的M区。冕洞物理提出
了许多有价值的课题，如冕洞的形成，高速太阳风源的成因等，特别是冕洞的刚性
转动倾向迄今还未找到满意的解答。

    十多年来，非太阳X射线天文学发展特别迅速，取得重大的突破。在已发现的
X射线源中，有多种不同类型的客体，而目前只有少量得到确切的光学证认。在星
系和星系团中的强射电星系(如室女座A等)和活动的塞佛特星系等均为著名的X射线
源。作为河内的展源，超新星遗迹(如蟹状星云、仙后座A等)也是一类重要的X射线
源。有些X射线源，光学证认为双星的成员星，如半人马座X-3、武仙座X-1、天蝎
座X-1、天鹅座X-1等等，它们的成员星之一是X射线星。按照现代X射线双星理论，
猜想这种X射线星是中子星或黑洞。

    大量射电脉冲星的发现，诱导人们去探索X射线脉冲星的存在。随着新的探测
技术的发展，已有可能发现后一种脉冲星。1969年发现蟹状星云脉冲星PSR0532的
X射线脉冲辐射，它和对应的光学脉冲几乎有完全相同的周期。后来又发现了其他
类型的X射线脉冲星。这些发现对双星演化过程的研究很有价值。

    X射线天文观测的另一类课题是关于弥漫X射线背景测量。几乎是各向同性的宇
宙X射线背景辐射的发现，被认为是六十年代X射线天文学的重大成就之一。

    1974年以后的几年中，英国“羚羊”5号及其他卫星，相继发现了宇宙X射线爆
发和一批暂现X射线源，从而在宇宙中又揭示了一批前所未知的现象和新型 X射线
源，这被公认为七十年代天文学的重大发现。这些过程所释放的能量之大，能量释
放速度之快，贮能密度之高以及奇特的再现周期，迄今仍然是现代高能天体物理学
的重大研究课题。

    X射线天文学所采用的探测仪器随X射线光子能量不同而有所不同。探测软X射
线用薄窗正比计数器，常用铍做窗材料，镀窗的密封性能好，能保证仪器工作稳定
，但镀窗的厚度仍然限制着计数数器对更低能量X射线的灵敏度。探测极软X射线，
要使用有机薄膜窗的计数器，但有机薄膜窗的气体密封性不好。近年来在空间探测
中发展了一种自动调节的流气技术，保证计数器管内维持一定气压，使仪器的响应
处于稳定可靠状态，不过它的制造工艺和使用条件都较为复杂。

    在非太阳X射线源的探测方面，为提高灵敏度，常常需要大面积的薄宙正比计
数器。这种仪器的制造技术近年来发展较快。美国小型天文卫星“自由号”曾使用
面积达840平方厘米、厚仅50微米的铍窗正比计数器。随着X射线能量的升高，正比
计数器将失去作用，它的探测上限约为60千电子伏。更高能量的探测，则须用闪烁
计数器。

    正比计数器和闪烁计数器本身没有任何成像和定向功能。为了证认各种X射线
源和精确定出它们在空中的方位，必须在计数器前部加上准直器。这种准直技术近
几年发展特别迅速。目前广泛使用的准直器类型有丝栅型准直器、板条型准直器和
蜂窝状准直器等。前者多用于软X射线波段，后两种用于硬X射线波段。此外，还有
闪烁体构成的主动式准直器。

    实验X射线天文学的一个突出成就，就是将掠射光学原理应用于X射线天文，使
大面积X光聚焦成像技术成为现实，制成了真正有研究价值的高分辨本领的X射线望
远镜。它提供了把X射线的探测区域扩大到更遥远的宇宙深处的可能性。

    X射线天文学从诞生时起，在近二十年的短暂时间内发现了一系列前所未知的
新型天体，获得光学天文和射电天文无法得到的天体信息，大大地扩展了天文学的
研究领域。X射线天文学所显示的独特威力，使得它在当代空间天文学中处于特别
重要的地位。

--
※ 来源:·哈工大紫丁香 bbs.hit.edu.cn·[FROM: 202.118.239.188]