作为天文研究地盘的太空望远镜,大部份皆为欧美国家所发射(只有少许例外地由日本发射)。在地球大气外装设观测设施有两大好处,首先,影像可更为清晰,否则大气的阻隔会使影像变得模糊(情形就像身处充满蒸气的浴室之中);其次,我们可以侦察到那些从恒星和星系而来,却被大气层阻挡着的辐射,例如紫外线、X射线和伽玛射线。虽然我们有赖大气层保护免受太阳紫外线和X射线的灼伤,但是这也意味着如果我们留在地面上,便会错失大量来自宇宙的信息。
神舟二号
2001年年初神舟二号轨道舱搭载了太阳能和宇宙高能辐射监测系统,使中国的空间天文学跨进新的里程。不载人的神舟二号是中国为载人飞行作准备的五艘宇宙飞船中的第二艘,它在北京时间2001年1月10日凌晨1时于甘肃省酒泉卫星发射中心由长征二号己火箭发射,这次发射亦标志了二十一世纪首次的火箭升空。宇宙飞船的返回舱在环绕地球108次后,在北京时间1月16日19时22分返回地球,而轨道舱则由太阳能电池板供应电力,在轨道上继续运行将近6个月,当中并进行了太空环境研究的实验。轨道舱更首次载有轨道天文望远镜,研究来自太阳甚至宇宙深处爆炸所发出的高能辐射。
酒泉卫星发射中心
中国科学院高能物理研究所的宇宙线和高能天体物理开放实验室自1993年开始,和南京大学共同研制这台轨道望远镜。望远镜有三组由中国自行设计和建造的探测器,探测范围涵盖软X射线至伽玛射线的辐射。望远镜每92分钟沿距离地面350公里左右的近地轨道围绕地球一周,所接收的数据会传送回位于北京附近的密云县地面接收站。三组探测器中获得最丰硕科学成果的,可算是由宇宙线和高能天体物理开放实验室所研制的X射线探测器。每当X射线暴的光子撞到探测器上,便会触发探测器收集数据。探测器在运作期间,共录得664次撞击,研究小组由此识别并记录了近百次太阳耀斑的变光曲线(当神舟二号在轨道上面向太阳时)和约30次伽玛射线爆发,大部分观测结果跟其它人造卫星所测得的类似。
耀斑是太阳大气层表面短暂的爆发现象。探测器于2001年4月2日录得有记录以来最强大的X射线耀斑。另一方面,伽玛射线爆发是发生在宇宙深处一种最强烈的爆炸,虽然至今而人们还未弄清它们的来源,但是这并没有令天文学家放弃推测,其中的一些猜想,包括比太阳质量大60倍的巨型恒星正在塌缩、两颗中子星合并,或是中子星变为奇异星。
太阳耀斑
中国首次在轨道进行的天文观测虽然带来许多令人鼓舞的结果,但仍有不少可以更进一步。例如,在余下的神舟号飞行任务中,并无搭载其它天文仪器的安排,要是如果中国首次载人太空任务中能带同一台望远镜就非常理想了!当然,下一步首先应是发射专门用作天文研究的卫星,目前有几个计划正处于策划阶段,包括建造一枚作硬X射线巡天观测的卫星(硬X射线调制望远镜,HXMT)和一枚“微型卫星”(重量不逾100公斤),来研究恒星和星系的长期变化(空间变源监视器,SVOM)。我们希望能在五至十年间庆祝中国发射首枚天文卫星吧。
硬X射线调制望远镜
在973计划支持下的中国首台太空望远镜,目前各项关键技术问题都已经解决,同比例的样机也已经完成。这台超级望远镜计划在2011左右发射升空,将与美国“哈勃”太空望远镜一起遨游宇宙。
据介绍,中国首台空间天文望远镜1:1地面样机的关键部分,是由中科院高能物理所和清华大学研制的。它和美国的“哈勃”望远镜不同,它不是光学望远镜,而是一台“硬X射线调制望远镜”,所以并没有光学望远镜那种镜片的外形和结构,但它可以看得更深远,如同X光机能透视到人的骨骼和内脏,它可以发现光学望远镜所看不到的宇宙黑洞。
上世纪70年代美国发射了第一台太空软X射线望远镜,由此实现了前所未有的太空X射线源大发现,并获得了诺贝尔奖。而硬X射线比软X射线有更多的优势。
报道说,值得称道的是,中国首台太空望远镜采用中国科学家发明的直接解调方法,用准直探测器扫描成像,是中国自主创新的技术路线,比当前国际上采用的编码孔径技术成像的质量更好、精度更高,而成本要低5到10倍。
按照中国《航天发展“十一五”规划》,这台超级望远镜将于2011年左右发射升空,中国将有可能赶在欧美下一代黑洞探测卫星之前,发现大批黑洞和其他大质量天体。
据介绍,硬X射线与软X射线是以波长做区分的, 硬X射线波长比软X射线的短,因此能量更高,透视能力也更强。一般医院中用来做胸透的就是软X射线,而铁路系统等用来检查货物的一般是硬X射线。
知识卡片:
伽玛射线
γ射线,又称γ粒子流,是原子核能级跃迁蜕变时释放出的射线,是波长短于0.2埃的电磁波。γ射线有很强的穿透力,工业中可用来探伤或流水线的自动控制。γ射线对细胞有杀伤力,医疗上用来治疗肿瘤。2011年英国斯特拉斯克莱德大学研究发明地球上最明亮的伽马射线——比太阳亮1万亿倍。这将开启医学研究的新纪元。
神舟二号
2001年1月16日19时22分,我国第二艘无人飞船“神舟二号”在内蒙古中部地区成功着陆。至此,飞船按预定计划,在太空飞行了7天。围绕着飞船的测控和回收,我国航天测控人员决战太空,展开了紧张的工作。
长征系列运载火箭
中国自1956年开始展开现代火箭的研制工作。1964年6月29日,中国自行设计研制的中程火箭试飞成功之后,即着手研制多级火箭,向空间技术进军。经过了五年的艰苦努力,1970年4月24日“长征1号”运载火箭诞生,首次发射“东方红1号”卫星成功。中国航天技术迈出了重要的一步。“长征”系列火箭已经走向世界,享誉全球,在国际发射市场占有重要一席。
诺贝尔奖
诺贝尔奖是以瑞典著名的化学家、硝化甘油炸药的发明人阿尔弗雷德·贝恩哈德·诺贝尔的部分遗产(3100万瑞典克朗)作为基金创立的。诺贝尔奖分设物理、化学、生理或医学、文学、和平五个奖项,以基金每年的利息或投资收益授予前一年世界上在这些领域对人类作出重大贡献的人,1901年首次颁发。
诺贝尔奖包括金质奖章、证书和奖金。1968年,在瑞典国家银行成立三百周年之际,该银行捐出大额资金给诺贝尔基金,增设“瑞典国家银行纪念诺贝尔经济科学奖”,1969年首次颁发,人们习惯上称这个额外的奖项为诺贝尔经济学奖。
6.世界各国太空望远镜研究
用来替代哈勃望远镜的下一代太空望远镜(NGST)的开发和部署是美国航空与航天局(NASA)为推进宇宙探索的一个挑战性项目。NGST上装配一个包括0.6~5μm多目标分光计的照相机/分光计系统。为从太空的不同区域有选择地将光线引导至分光计,采用可独立寻址的微电子机械反射镜阵列作为分光计的狭缝掩模。Goddard太空飞行中心的NASA小组设计了一套能够满足系统要求的集成微反射镜阵列(MMA/CMOS)驱动器芯片。样机的芯片构造和检测结果均符合预期要求。欲构建完全基于MEMS的狭缝掩模,设计要求4片大规模集成芯片以2×2镶嵌方式精确排列(至少为9cm×9cm)。另外,必须在低于40K温度条件下掩模才能发挥作用。上述要求对集成MEMS芯片的封装提出了严峻的挑战。
哈勃太空望远镜
作为美国和墨西哥有史以来最大的科学合作项目,工人们正在墨西哥的一座火山顶上建造一台巨型太空望远镜,这台望远镜可帮助天文学家回顾宇宙130亿年的历史并探寻宇宙诞生时的奥秘。
这一望远镜拥有165英尺长的天线,总耗资近1.2亿美元。这座泛着白色微光的建筑看上去像一个巨大的卫星天线,坐落在海拔15,000英尺的Sierra Negra火山顶上。Sierra Negra座落于Puebla州的中央地带,为墨西哥6大火山之一,比美国大陆上的任何一座山峰都要高。
高耸入云的望远镜可以捕获毫米级的微波射线,这种射线在宇宙中旅行了近130亿年。天文学家可使用所获信息对大爆炸不久之后存在的宇宙进行深入的了解。
墨西哥国家天文光学和电子学研究所的项目科学家David Hughes称:“我们将能对星系的构造过程拥有一个崭新的视角。一旦望远镜开始运作后,我们几乎每天都可能获得突破性发现。”