紅外天文學(xué)

紅外天文學(xué)是利用電磁波的紅外波段研究天體的一門學(xué)科。整個(gè)紅外波段，包括波長(zhǎng)0.7～1OOO微米(1毫米)的范圍。通常分為兩個(gè)區(qū)：0.7～25微米的近紅外區(qū)和25～1OOO微米的遠(yuǎn)紅外區(qū)；也有人分為三個(gè)區(qū)：近紅外區(qū)(0.7～3微米)、中紅外區(qū)(3～30微米)和遠(yuǎn)紅外區(qū)(30～1OOO微米)。溫度4OOO度以下的天體，其主要輻射在紅外區(qū)。

　　紅外探測(cè)是觀測(cè)被宇宙塵埃掩蔽的天體的得力手段；紅外波段有許多重要的分子譜線；許多河外天體在遠(yuǎn)紅外區(qū)的輻射較強(qiáng)。紅外天文學(xué)正在成為實(shí)測(cè)天文學(xué)的最重要領(lǐng)域之一。

　　1800年，英國(guó)著名天文學(xué)家赫歇耳在觀測(cè)太陽時(shí)，用普通溫度計(jì)首次發(fā)現(xiàn)紅外輻射。1869年，羅斯用熱電偶測(cè)量了月球的紅外輻射。對(duì)行星和一些恒星進(jìn)行紅外測(cè)量，是美國(guó)天文學(xué)家柯布倫茨等人在二十世紀(jì)二十年代進(jìn)行的。但在六十年代以前的一個(gè)半世紀(jì)中，紅外天文學(xué)進(jìn)展緩慢，這主要因?yàn)楫?dāng)時(shí)缺乏有效的探測(cè)手段。

　　第二次世界大戰(zhàn)后，紅外技術(shù)發(fā)展很快，各類高靈敏度的紅外探測(cè)器相繼問世，氣球、火箭以及人造衛(wèi)星技術(shù)也為紅外天文觀測(cè)擺脫地球大氣的限制提供了方便。這些都為現(xiàn)代紅外天文學(xué)的興起打下了基礎(chǔ)。1965年，美國(guó)加利福尼亞理工學(xué)院的諾伊吉保爾等人用簡(jiǎn)易的紅外望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了著名的紅外星，從此揭開了現(xiàn)代紅外天文學(xué)的新篇章。

　　在地面上進(jìn)行紅外天文觀測(cè)，受地球大氣的限制很大。大氣中的水汽、二氧化碳、臭氧等分子，吸收了紅外波段大部分的天體輻射，只有幾個(gè)透明的大氣窗口可供地面觀測(cè)使用。如要在這些窗口以外的波段進(jìn)行天體紅外觀測(cè)，就必須到高空和大氣外進(jìn)行。地球大氣不但吸收天體的紅外輻射，而且由于它具有一定的溫度(約300K)，其自身的熱輻射對(duì)探測(cè)工作、特別是對(duì)波長(zhǎng)大于5微米的觀測(cè)，會(huì)造成極強(qiáng)的背景噪聲。為了擺脫大氣的這種影響，必須到高空和大氣以外去進(jìn)行中、遠(yuǎn)紅外探測(cè)。

　　由于可能收集到的一般天體的紅外輻射較弱，所以必須精選探測(cè)能力很高的紅外探測(cè)器。用得較多的探測(cè)器是液氮致冷(77K)的硫化鉛光電導(dǎo)器件，液氫致冷(從4K到小于1K)的鍺摻鎵測(cè)輻射計(jì)。從最早赫歇耳用簡(jiǎn)易溫度計(jì)測(cè)量太陽的紅外輻射到現(xiàn)在，紅外探測(cè)器經(jīng)歷了很長(zhǎng)的改善過程。

　　典型的地面望遠(yuǎn)鏡在10微米波長(zhǎng)觀測(cè)紅外源時(shí)，探測(cè)器上接收到的源信號(hào)是百億分之一瓦的量級(jí)，而探測(cè)器上得到的背景輻射卻有千萬分支一瓦。強(qiáng)的背景噪聲淹沒了微弱的源信號(hào)，所以紅外天文探測(cè)的一個(gè)根本問題就是抑制背景噪聲。紅外探測(cè)器采取致冷措施就是為了減少元件自身的噪聲。從事波長(zhǎng)大于5微米的探測(cè)，望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)中的一些其他部件(有時(shí)連整個(gè)望遠(yuǎn)鏡)必須進(jìn)行致冷。致冷技術(shù)在紅外天文探測(cè)工作中是必不可少的。

　　在紅外天文望遠(yuǎn)鏡中，為了從觀測(cè)的源信號(hào)加背景的總和中減去背景，設(shè)置了調(diào)制機(jī)構(gòu)。這樣就大大增加了儀器探測(cè)弱源的能力。

　　首次紅外巡天普查是美國(guó)用波長(zhǎng)2.2微米的地面紅外望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行的.對(duì)-33’～80’的巡天探測(cè)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)亮于40央的紅外源約 5600個(gè)。雖然其中大多數(shù)可證認(rèn)為光譜型在K5型以后的恒星，即大多數(shù)是晚型巨星，然而，約有50個(gè)紅外源在0.8～2.2微米有約1000K的色溫度，并且大多數(shù)不與光學(xué)天體對(duì)應(yīng)。

　　美國(guó)空軍坎布里奇研究實(shí)驗(yàn)所1971年和1972年共7次用火箭在波長(zhǎng)4微米、11微米和20微米進(jìn)行巡天工作，探測(cè)范圍約占79％的天空區(qū)域。在 4微米測(cè)到2507個(gè)紅外源，在11微米測(cè)到1441個(gè)紅外源，在20微米測(cè)到873個(gè)紅外源。有的紅外源在不同波段都測(cè)到了，所以探測(cè)到的紅外源共約3200個(gè)。以后又進(jìn)行了幾次探測(cè)，測(cè)到一些新源。

　　科學(xué)家們?cè)谛〔糠痔靺^(qū)還做過更長(zhǎng)波段的巡天工作。美國(guó)天文學(xué)家霍夫曼等人在1970～1971年用一個(gè)小氣球上的望遠(yuǎn)鏡，在波長(zhǎng)100微米觀測(cè)到了極限通量密度10000央的近百個(gè)紅外源，這些源基本上沿著銀道面分布。

　　至今探測(cè)到的紅外源包括太陽系天體、恒星、電離氫區(qū)、分子云、行星狀星云、銀核、星系、類星體等。在紅外波段也對(duì)微波背景輻射進(jìn)行過探測(cè)。此外，高分辨率紅外光譜已在行星和某些恒星方面做出成果，近兩年也在紅外波段發(fā)現(xiàn)了新的星際分子譜線。