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认识宇宙③X射线天文学的开启

来源:光明网2018-07-12 10:42

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    大家好,我是国家天文台的苟利军。上次我们讲到,因为偶然的机会,贝尔实验室的工程师央斯基,发现了来自银河系中心的无线电波,从而为天文学家开启了一个新的宇宙观测的窗口。自此之后,天文学家利用射电望远镜开始观测。

认识宇宙③X射线天文学的开启

    射电望远镜和光学望远镜类似,也是越做越大。不过因为射电波长要比光学波长大很多,所以射电望远镜的口径也通常要比光学望远镜大很多。到目前为止,最大的单口径射电望远镜当属中国的500米球形望远镜,不过因为它是建在一个洼地之中,所以不能随意指向天空当中的某个方向,只能在地球自转过程当中扫过某些区域。当然,如果把一个大锅放在一个支架上,这样就能够形成随意指向的射电望远镜了。美国的绿岸望远镜就是这种类型当中最大的,口径达到了100米。

    单个望远镜的口径毕竟有限,所以射电天文学家在后来还发展出了干涉技术,将多个小口径的望远镜组成一个阵列,形成一个虚拟的大口径望远镜,从而可以极大的提高望远镜的空间分辨率。去年开展的视界面望远镜计划,就是利用分布于全球不同地方的8个亚毫米波望远镜,通过所谓的干涉技术,最后形成一个口径类似于地球直径的望远镜,对我们银河系中心的黑洞进行首次成像。

    射电天文我们就暂时讲到这里。接下来我们继续天文学当中的另外一个新的观测窗口:X射线天文学的出现。

    之前我们提到,二次世界大战结束之后,因为雷达技术,射电天文得到了极大发展。而在战后,世界力量重新分配,形成了两个超级大国:美国和苏联。因为意识形态的完全不同,以这两个为首的超级大国,展开了一场没有硝烟的全方位的冷战。其中,在空中霸权的争夺上尤为突出,双发都想提早发射人造卫星,对月球、金星等天体进行探测。美国本来准备在1955的国际地质学年会上宣布接下来几年内将发射人造卫星,结果苏联听到消息,抢先几天发布了他们发射人造卫星的计划。而在大约两年之后,苏联人的确做到了。在1957年的10月4号,苏联抢先美国发射了人类历史上的第一个人造卫星。而又在四年之后的1961年4月10日,又将首个宇航员送入太空。这些举动预示着苏联在太空霸权竞争上暂时领先美国。

    为此,美国政府感受到非常大的压力,于是制定了雄心勃勃的阿波罗登月计划。为给登月做准备,美国政府委托一些科学家进行测试,了解月球表面的化学组成。根据之前的猜想,太阳产生的高速粒子,与月球表面岩石相互作用之后,能够产生一些特殊的X射线。当时人们已经知道X射线会被地球大气吸收,所以必须在大气层之外进行观测。科学家们于是通过发射一些小型火箭进行观测,结果很遗憾的是,没有观测到任何来自月球表面的X射线辐射,但是让科学家又很惊喜的是,发现了来自于宇宙天体所产生的X射线。

    这次发现让科学家们意识到,宇宙当中原来还有如此剧烈的活动。因为要产生X射线气体,需要非常高的温度,至少几百万摄氏度,所以X射线通常反映的是宇宙剧烈活动的一面,和之前提到的光学和射电所反映的都完全不一样。同样是偶然的发现,天文学当中的另外一个重要窗口又被开启。

    好了,今天我们就暂时讲到这里,我们下期再见。

    讲述人简介:苟利军,国家天文台研究员,黑洞及其高能爆发现象研究团组负责人。中国科学院大学教授、北京市天文学会副理事长。2012年入选中共中央组织部青年千人计划,2016年获得中国侨界个人贡献奖。

    本期编辑:小怪兽

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