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日新月异的天文观测技术

时间:2020-09-15    点击: 次    来源:986文章网    作者:佚名 - 小 + 大

日新月异的天文观测技术
123.各类天文卫星得到的新信息
空间技术的成就,使空间天文出现突飞猛进地发展。从开始的高空气球到探空火箭,以至各类空间天文观测站,使短短 10 多年内红外天文、紫外天文、x 射线天文、γ射线天文、极紫外天文都有了令人鼓舞的发展。这些绕轨道运行的天文台从不同频段得到一系列持续的数据流,勾画出一幅幅动态的、常常又是谜一般的宇宙的生动情景,进一步拓宽了对宇宙的认识。所得到的大量数据将成为探寻宇宙结构和演化的重要线索。
火箭是中国人最早发明的。据记载,早在北宋开宝三年(公元 970 年),冯继升和岳义方两人就成功地试验了火箭。1863 年,法国的凡尔纳的《从地球到月球》的科幻小说出版,不久又出了《环绕月球》,两本小说描写了几位探险家乘一枚飞弹去月球探险的故事。据说,小说中所描写的飞行状况,竟与美国阿波罗第一次登月的实际飞行状况如出一辙。这或许说明小说家的科学素养是很高的。现代科学火箭理论的先驱是俄国的齐奥尔科夫斯基。他第一个提出火箭使用液体燃料,推导了在发动机工作期间火箭获得速度增量的公式。
第一次成功地利用液体燃料制成可实用的火箭,是二战期间的法西斯德国。他们研制了 V—1 飞弹和 V—2 火箭,妄图以此扭转注定失败的战局。但它并没有改变法西斯死亡的命运。战后,美国和前苏联都是在 V—2 基础上发展了各自的火箭和洲际导弹。我国也是从 50 年代后期开始在 V—2 的基础上开始了火箭和导弹的研制。这个战争的怪胎和冷战的产儿却为空间天文的发展提供了坚实的技术基础。开始,人们发射人造卫星和登月火箭只不过是“冷战”以“科技”面貌出现的新形式。正是 1970 年 4 月美国发射的为监测地面核爆炸的两颗卫星发现了宇宙的γ射线爆发,它被认为是 70 年代天体物理学的一项重大发现。
人造卫星成功发射后的第一项天文观测成就是通过地球空间的探测发现了地球的两个辐射带。它是由美国第一颗人造卫星“探险者”1 号、“探险者”4 号和 1958 年 12 月发射的“先驱者”3 号所取得的。接着,美国和前苏联都对月球进行了大量的探测。从 1959 年 10 月 4 日发射的“月球”3 号,首次成功地拍摄到月球背面的传真照片,以后美苏又数次登月。如,阿波罗的六次登月,仅采回的月岩、月壤样品就有 400 多公斤。又对水星和金星也进行了大量考察。探测方式有绕转飞行、逼近飞行、硬着陆和软着陆等四种方式。对火星和木星以及行星际空间和彗星都多次发射卫星和飞船。总之,近代天文学中的任何一个数据的取得,是大量人力和物力的付出的结果,而不是单凭热情和美好愿望就可以想象出来的。
此外,对于红外、紫外、x 射线和γ射线辐射,世界各国也发射了数十枚卫星或空间观测天文台。取得了大量的令人吃惊的数据。目前,世界上拥有卫星发射能力的国家,唯一没有自己的天文卫星的就是中国的天文学家。但他们仍努力在国外同行所取得的丰富的第二手资料中去赶超世界先进水平。下面我们介绍几个以发射的或计划中的天文卫星或空间天文台。
宇宙背景探测器(COBE):这是美国国家宇航局于 1989 年底发射的专为观测宇宙大爆炸的微波背景辐射的天文卫星。卫星携带了三种互补的检测仪器:一组较差微波辐射计,一个偏振迈克尔逊干涉仪,一个红外滤波光度计。每种仪器都测定宇宙背景辐射的不同方向,并提供了为测定宇宙背景辐射的灵敏度。较差微波辐射计将测量宇宙微波背景辐射的大尺度各向异性,其误差小于十万分之一。这种仪器所取得的数据将用来研究现代宇宙中的大尺度结构形成的“种子”、宇宙各向异性的膨胀和旋转、引力波、物质的大尺度流动和宇宙弦。迈克尔逊干涉分光仪,将用来测量 1000 个天区中每一个从 1 厘米到 100 微米的宇宙微波背景辐射谱。还将以误差小于千分之一的精度,测定该谱偏离黑体谱的程度。第三个检测仪器叫弥漫红外背景实验仪,它将测定天空中 1~300 微米波段的绝对亮度,对来自早期宇宙的弥漫红外光(来自第一代的原星系、星系和恒星的光)进行当时最灵敏的搜寻。卫星在 1991 年取得了十分重要的结果。可以说,它的观测结果,使宇宙的均匀性和各向同性由过去的科学假设变为受观测直接检验的自然规律。
康普顿γ射线天文台(CGRO):1991 年 4 月 5 日,亚特兰蒂斯号航天飞机携带着 16 吨重的康普顿γ射线天文台从佛罗里达州肯尼迪航天中心发射驶向太空。这个具有四台仪器的高能空间天文台在发射两年之后,就已取得丰富的天文发现。最令人激动的观测结果就是关于空间γ射线爆的分布性质。康普顿天文台发射前,天文学家对此爆发现象似乎已得出了一个合理而又得到广泛承认的解释。根据这一理论,认为爆发起源于中子星的塌缩残余星体表面上的地震破裂、爆炸或小行星的撞击。但康普顿天文台的发现完全出人意料。在过去的几年中,上面的仪器平均每日观测到一次爆发。但这些爆发完全是均匀跨越天空的。它们没有表现出沿银盘或是沿其它任何方向集中的迹象。在爆发源的距离分布上也得到一个截然不同的型式。如果爆发源在空中是均匀分布的,则暗爆发源应比亮源多得多。但令人吃惊的结论是:此卫星的观测表明,地球处于一个延伸到有限距离的爆发源球形集合的中心。天文学家们一直在开动脑筋努力构想可能形成这种分布的天体和物理模型。但至今没有一个令人满意的意见。在一次天文学家的会议上进行了一次别开生面的举手表决,反映天文学界在星系晕解释和宇宙学解释之间大体分为相等的两派。只有一少部分人倾向于爆发刚好发生在太阳系之外的模型。我国天文学家,南京大学天文系教授陆锬认为,这是本世纪来天体物理学出现的第三次大争论。第一次是关于星云的性质,它导致了银河系以外的星系的发现;第二次是关于河外星系光谱线红移的解释,它导致了大爆炸宇宙学模型的诞生;而这第三次关于γ射线爆的争论目前刚拉开了序幕,它必将导致天体物理和宇宙学观念上的更大突破。
极紫外探险者(EUVE):1992 年 6 月 7 日一枚

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