X射线天文学

【汉语拼音】X
【中文词条】
【外文词条】X-ray
【作者】
















         shexian tianwenxue X射线天文学 astronomy 张和祺用X射线(波长0.01～100埃的电磁辐射)研究天体的一门学科。发展简况天体的 X射线受到地球大气的严重阻碍﹐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(如小型天文卫星盗?﹐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射线天文学太阳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 10K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(图1 过去十年﹐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﹐著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(图3 非太阳X射线天文学十多年来﹐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(如 NGC1275﹑NGC451等)均为著名的X射线源。室女星系团的最强X射线源延伸达1°﹐星系M87位于其中﹐估计每个星系的平均 X射线光度在10尔格/秒以上。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(见X射线展源)。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。随著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(Ariel-5)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﹐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。探测仪器 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﹐铍窗的密封性能好﹐能保证仪器工作稳定﹐但铍窗的厚度仍然限制著计数器对更低能量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窗正比计数器。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。随著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。参考书目 G. Setti and M. J. Rees﹐Non-Solar X-ray and Gammaray Astronomy﹐IAU Symp.﹐No.37﹐p.352﹐1970.