X射線天文學(xué)

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

　　因?yàn)樘祗w的 X射線會(huì)受到地球大氣的嚴(yán)重阻礙，所以主要利用衛(wèi)星進(jìn)行探測(cè)。因此，雖然 X射線的探測(cè)始于二十世紀(jì)四十年代，但是成為一門學(xué)科，則是人造地球衛(wèi)星上天以后的事。

　　早期的觀測(cè)工作集中于太陽(yáng)的研究。自從1962年6月18日美國(guó)麻省理工學(xué)院研究小組第一次發(fā)現(xiàn)來(lái)自天蝎座方向的強(qiáng)大 X射線源以后，非太陽(yáng) X射線天文學(xué)進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展階段。七十年代以來(lái)，發(fā)射了專門研究 X射線的天文衛(wèi)星，觀測(cè)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(gè)猛增到一千多個(gè)。

　　太陽(yáng) X射線的探測(cè)，主要弄清了它的三個(gè)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?kù)o成分；溫度在百萬(wàn)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(yáng)活動(dòng)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(yáng) X射線測(cè)量的一個(gè)重要方面，是探測(cè) 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(duì)耀斑物理的研究有重要價(jià)值。另外，已經(jīng)研究清楚，太陽(yáng)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(yuǎn)鏡已具有角秒量級(jí)的高分辨本領(lǐng)，這就為深入研究太陽(yáng)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(jìn)對(duì)太陽(yáng)活動(dòng)區(qū)的研究和認(rèn)識(shí)。而X射線冕洞的發(fā)現(xiàn)，更是太陽(yáng)物理學(xué)的一項(xiàng)重大成果。現(xiàn)在已經(jīng)查明，X射線冕洞就是高速太陽(yáng)風(fēng)的風(fēng)源，也就是日地關(guān)系研究中長(zhǎng)期沒有弄清楚的M區(qū)。冕洞物理提出了許多有價(jià)值的課題，如冕洞的形成，高速太陽(yáng)風(fēng)源的成因等，特別是冕洞的剛性轉(zhuǎn)動(dòng)傾向迄今還未找到滿意的解答。

　　十多年來(lái)，非太陽(yáng)X射線天文學(xué)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(xué)證認(rèn)。在星系和星系團(tuán)中的強(qiáng)射電星系(如室女座A等)和活動(dòng)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(xué)證認(rèn)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(dǎo)人們?nèi)ヌ剿鱔射線脈沖星的存在。隨著新的探測(cè)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(duì)應(yīng)的光學(xué)脈沖幾乎有完全相同的周期。后來(lái)又發(fā)現(xiàn)了其他類型的X射線脈沖星。這些發(fā)現(xiàn)對(duì)雙星演化過程的研究很有價(jià)值。

　　X射線天文觀測(cè)的另一類課題是關(guān)于彌漫X射線背景測(cè)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(rèn)為是六十年代X射線天文學(xué)的重大成就之一。

　　1974年以后的幾年中，英國(guó)“羚羊”5號(hào)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(rèn)為七十年代天文學(xué)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(xué)的重大研究課題。

　　X射線天文學(xué)所采用的探測(cè)儀器隨X射線光子能量不同而有所不同。探測(cè)軟X射線用薄窗正比計(jì)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(jì)數(shù)數(shù)器對(duì)更低能量X射線的靈敏度。探測(cè)極軟X射線，要使用有機(jī)薄膜窗的計(jì)數(shù)器，但有機(jī)薄膜窗的氣體密封性不好。近年來(lái)在空間探測(cè)中發(fā)展了一種自動(dòng)調(diào)節(jié)的流氣技術(shù)，保證計(jì)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(fù)雜。

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

　　正比計(jì)數(shù)器和閃爍計(jì)數(shù)器本身沒有任何成像和定向功能。為了證認(rèn)各種X射線源和精確定出它們?cè)诳罩械姆轿唬�必須在�?jì)數(shù)器前部加上準(zhǔn)直器。這種準(zhǔn)直技術(shù)近幾年發(fā)展特別迅速。目前廣泛使用的準(zhǔn)直器類型有絲柵型準(zhǔn)直器、板條型準(zhǔn)直器和蜂窩狀準(zhǔn)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(dòng)式準(zhǔn)直器。

　　實(shí)驗(yàn)X射線天文學(xué)的一個(gè)突出成就，就是將掠射光學(xué)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(shí)，制成了真正有研究?jī)r(jià)值的高分辨本領(lǐng)的X射線望遠(yuǎn)鏡。它提供了把X射線的探測(cè)區(qū)域擴(kuò)大到更遙遠(yuǎn)的宇宙深處的可能性。

　　X射線天文學(xué)從誕生時(shí)起，在近二十年的短暫時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)了一系列前所未知的新型天體，獲得光學(xué)天文和射電天文無(wú)法得到的天體信息，大大地?cái)U(kuò)展了天文學(xué)的研究領(lǐng)域。X射線天文學(xué)所顯示的獨(dú)特威力，使得它在當(dāng)代空間天文學(xué)中處于特別重要的地位。