紅外天文學

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

　　紅外探測是觀測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；許多河外天體在遠紅外區的輻射較強。紅外天文學正在成為實測天文學的最重要領域之一。

　　1800年，英國著名天文學家赫歇耳在觀測太陽時，用普通溫度計首次發現紅外輻射。1869年，羅斯用熱電偶測量了月球的紅外輻射。對行星和一些恒星進行紅外測量，是美國天文學家柯布倫茨等人在二十世紀二十年代進行的。但在六十年代以前的一個半世紀中，紅外天文學進展緩慢，這主要因為當時缺乏有效的探測手段。

　　第二次世界大戰后，紅外技術發展很快，各類高靈敏度的紅外探測器相繼問世，氣球、火箭以及人造衛星技術也為紅外天文觀測擺脫地球大氣的限制提供了方便。這些都為現代紅外天文學的興起打下了基礎。1965年，美國加利福尼亞理工學院的諾伊吉保爾等人用簡易的紅外望遠鏡發現了著名的紅外星，從此揭開了現代紅外天文學的新篇章。

　　在地面上進行紅外天文觀測，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，只有幾個透明的大氣窗口可供地面觀測使用。如要在這些窗口以外的波段進行天體紅外觀測，就必須到高空和大氣外進行。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)，其自身的熱輻射對探測工作、特別是對波長大于5微米的觀測，會造成極強的背景噪聲。為了擺脫大氣的這種影響，必須到高空和大氣以外去進行中、遠紅外探測。

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

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

　　在紅外天文望遠鏡中，為了從觀測的源信號加背景的總和中減去背景，設置了調制機構。這樣就大大增加了儀器探測弱源的能力。

　　首次紅外巡天普查是美國用波長2.2微米的地面紅外望遠鏡進行的.對-33’～80’的巡天探測結果，發現亮于40央的紅外源約 5600個。雖然其中大多數可證認為光譜型在K5型以后的恒星，即大多數是晚型巨星，然而，約有50個紅外源在0.8～2.2微米有約1000K的色溫度，并且大多數不與光學天體對應。

　　美國空軍坎布里奇研究實驗所1971年和1972年共7次用火箭在波長4微米、11微米和20微米進行巡天工作，探測范圍約占79％的天空區域。在 4微米測到2507個紅外源，在11微米測到1441個紅外源，在20微米測到873個紅外源。有的紅外源在不同波段都測到了，所以探測到的紅外源共約3200個。以后又進行了幾次探測，測到一些新源。

　　科學家們在小部分天區還做過更長波段的巡天工作。美國天文學家霍夫曼等人在1970～1971年用一個小氣球上的望遠鏡，在波長100微米觀測到了極限通量密度10000央的近百個紅外源，這些源基本上沿著銀道面分布。

　　至今探測到的紅外源包括太陽系天體、恒星、電離氫區、分子云、行星狀星云、銀核、星系、類星體等。在紅外波段也對微波背景輻射進行過探測。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現了新的星際分子譜線。