X射線天文學

X射線天文學是通過X射線波段(波長0.01～100埃的電磁輻射)研究天體的一門學科。

　　因為天體的 X射線會受到地球大氣的嚴重阻礙，所以主要利用衛(wèi)星進行探測。因此，雖然 X射線的探測始于二十世紀四十年代，但是成為一門學科，則是人造地球衛(wèi)星上天以后的事。

　　早期的觀測工作集中于太陽的研究。自從1962年6月18日美國麻省理工學院研究小組第一次發(fā)現(xiàn)來自天蝎座方向的強大 X射線源以后，非太陽 X射線天文學進入一個新的發(fā)展階段。七十年代以來，發(fā)射了專門研究 X射線的天文衛(wèi)星，觀測到許多先前不知道的宇宙 X射線源，使X射線源的數(shù)目從十幾個猛增到一千多個。

　　太陽 X射線的探測，主要弄清了它的三個成分：日冕高溫等離子體的連續(xù)輻射和其他譜線輻射，構(gòu)成了 X輻射寧靜成分；溫度在百萬度以上的日冕凝聚區(qū)的超熱等離子體所產(chǎn)生的輻射，構(gòu)成 X輻射的緩變成分，在日面上呈現(xiàn)為 X射線亮斑。太陽活動區(qū)所產(chǎn)生的X射線爆發(fā)，構(gòu)成了X輻射突變成分。在日面上呈現(xiàn)為 X射線耀斑。

　　過去幾年，太陽 X射線測量的一個重要方面，是探測 X射線爆發(fā)的能譜和偏振。著重于研究耀斑脈沖階段的高能天體物理過程，如高能粒子的起源、傳輸、能量的轉(zhuǎn)化以及發(fā)射的性質(zhì)等等。目前已初步確立了X射線輻射源的模型，這對耀斑物理的研究有重要價值。另外，已經(jīng)研究清楚，太陽X射線在形成地球電離層的過程中起重要作用。

　　X射線望遠鏡已具有角秒量級的高分辨本領(lǐng)，這就為深入研究太陽現(xiàn)象創(chuàng)造了條件。X射線耀斑和X射線亮斑的發(fā)現(xiàn)大大增進對太陽活動區(qū)的研究和認識。而X射線冕洞的發(fā)現(xiàn)，更是太陽物理學的一項重大成果。現(xiàn)在已經(jīng)查明，X射線冕洞就是高速太陽風的風源，也就是日地關(guān)系研究中長期沒有弄清楚的M區(qū)。冕洞物理提出了許多有價值的課題，如冕洞的形成，高速太陽風源的成因等，特別是冕洞的剛性轉(zhuǎn)動傾向迄今還未找到滿意的解答。

　　十多年來，非太陽X射線天文學發(fā)展特別迅速，取得重大的突破。在已發(fā)現(xiàn)的X射線源中，有多種不同類型的客體，而目前只有少量得到確切的光學證認。在星系和星系團中的強射電星系(如室女座A等)和活動的塞佛特星系等均為著名的X射線源。作為河內(nèi)的展源，超新星遺跡(如蟹狀星云、仙后座A等)也是一類重要的X射線源。有些X射線源，光學證認為雙星的成員星，如半人馬座X-3、武仙座X-1、天蝎座X-1、天鵝座X-1等等，它們的成員星之一是X射線星。按照現(xiàn)代X射線雙星理論，猜想這種X射線星是中子星或黑洞。

　　大量射電脈沖星的發(fā)現(xiàn)，誘導人們?nèi)ヌ剿鱔射線脈沖星的存在。隨著新的探測技術(shù)的發(fā)展，已有可能發(fā)現(xiàn)后一種脈沖星。1969年發(fā)現(xiàn)蟹狀星云脈沖星PSR0532的X射線脈沖輻射，它和對應(yīng)的光學脈沖幾乎有完全相同的周期。后來又發(fā)現(xiàn)了其他類型的X射線脈沖星。這些發(fā)現(xiàn)對雙星演化過程的研究很有價值。

　　X射線天文觀測的另一類課題是關(guān)于彌漫X射線背景測量。幾乎是各向同性的宇宙X射線背景輻射的發(fā)現(xiàn)，被認為是六十年代X射線天文學的重大成就之一。

　　1974年以后的幾年中，英國“羚羊”5號及其他衛(wèi)星，相繼發(fā)現(xiàn)了宇宙X射線爆發(fā)和一批暫現(xiàn)X射線源，從而在宇宙中又揭示了一批前所未知的現(xiàn)象和新型 X射線源，這被公認為七十年代天文學的重大發(fā)現(xiàn)。這些過程所釋放的能量之大，能量釋放速度之快，貯能密度之高以及奇特的再現(xiàn)周期，迄今仍然是現(xiàn)代高能天體物理學的重大研究課題。

　　X射線天文學所采用的探測儀器隨X射線光子能量不同而有所不同。探測軟X射線用薄窗正比計數(shù)器，常用鈹做窗材料，鍍窗的密封性能好，能保證儀器工作穩(wěn)定，但鍍窗的厚度仍然限制著計數(shù)數(shù)器對更低能量X射線的靈敏度。探測極軟X射線，要使用有機薄膜窗的計數(shù)器，但有機薄膜窗的氣體密封性不好。近年來在空間探測中發(fā)展了一種自動調(diào)節(jié)的流氣技術(shù)，保證計數(shù)器管內(nèi)維持一定氣壓，使儀器的響應(yīng)處于穩(wěn)定可*狀態(tài)，不過它的制造工藝和使用條件都較為復雜。

　　在非太陽X射線源的探測方面，為提高靈敏度，常常需要大面積的薄宙正比計數(shù)器。這種儀器的制造技術(shù)近年來發(fā)展較快。美國小型天文衛(wèi)星“自由號”曾使用面積達840平方厘米、厚僅50微米的鈹窗正比計數(shù)器。隨著X射線能量的升高，正比計數(shù)器將失去作用，它的探測上限約為60千電子伏。更高能量的探測，則須用閃爍計數(shù)器。

　　正比計數(shù)器和閃爍計數(shù)器本身沒有任何成像和定向功能。為了證認各種X射線源和精確定出它們在空中的方位，必須在計數(shù)器前部加上準直器。這種準直技術(shù)近幾年發(fā)展特別迅速。目前廣泛使用的準直器類型有絲柵型準直器、板條型準直器和蜂窩狀準直器等。前者多用于軟X射線波段，后兩種用于硬X射線波段。此外，還有閃爍體構(gòu)成的主動式準直器。

　　實驗X射線天文學的一個突出成就，就是將掠射光學原理應(yīng)用于X射線天文，使大面積X光聚焦成像技術(shù)成為現(xiàn)實，制成了真正有研究價值的高分辨本領(lǐng)的X射線望遠鏡。它提供了把X射線的探測區(qū)域擴大到更遙遠的宇宙深處的可能性。

　　X射線天文學從誕生時起，在近二十年的短暫時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)了一系列前所未知的新型天體，獲得光學天文和射電天文無法得到的天體信息，大大地擴展了天文學的研究領(lǐng)域。X射線天文學所顯示的獨特威力，使得它在當代空間天文學中處于特別重要的地位。