吴鑫基，男 ，1935年生，1962年毕业于北京大学地球物理系天文专业。北京大学天文系教授、博士生导师，兼任中国科学院国家天文台乌鲁木齐天文站客座教授和中科院国家天文台射电天文重点实验室学术委员会委员。从事高能天体物理领域的脉冲星物理和超新星遗迹的研究，发表论文160余篇和天文科普文章40余篇，出版《现代天文学十五讲》、《宇宙佳音》和《在科学入口处：30位天文学家的贡献》等书。曾获国家教委科技进步奖二等奖两次、中国天文学会“张钰哲奖”和北京天文学会“学术成就奖”。
温学诗，女，1948年生，1975年毕业于北京大学地球物理系天文专业。北京天文馆副编审，现任《中国国家天文》杂志副总编。曾任北京天文馆编辑室主任、《天文爱好者》杂志社社长，《天文爱好者》杂志常务副主编。主持《天文爱好者》杂志期间，该杂志获第二届中国科协优秀科技期刊三等奖。编著的科普图书已出版《飞向太空》、《神秘太空》、《宇宙博物馆》等十余册，其中合作的一本《20世纪科学大师和科学大事》获第三届国家图书奖提名奖。发表科普文章200余篇。曾获中国天文学会优秀学会工作者奖和北京天文学会特别贡献奖。
第十五章 高能波段的空间望远镜
天体的高能电磁辐射，主要包括紫外线、X射线和γ射线。这几种高能辐射对人体都有较严重的伤害。幸好有地球大气这个天然的保护伞，使我们免遭它们的危害。大气中的氧、臭氧和氮，强烈吸收天体射来的紫外线；而低层大气中的水汽，强烈吸收天体的X射线和γ射线。天体的紫外线、X射线和γ射线都被地球大气阻挡在外面了，人类可以对它们无忧无虑了。但是，人们在地面上接收不到天体的高能辐射，因而也就不能全面地认识宇宙和天体，这是又令我们感到很遗憾的事情。空间时代的到来，使我们不再有这个遗憾。
一、紫外眼睛看宇宙
紫外线是一种比可见光波长更短的电磁波，其波长介于可见光与X射线之间，范围是100～4000埃。人类发现天体存在紫外辐射已有200年的历史。但是由于地球大气对紫外线的吸收特别严重，因而紫外天文学迟迟得不到发展。20世纪60年代人类进入空间时代之后，许多人造卫星和空间探测器都携有紫外探测装置，更有一些专门用于紫外波段的飞行器，这才使得紫外天文学有了较大的起色。
1．紫外线的发现及早期探测
当1800年英国天文学家赫歇尔在观测太阳光谱时发现了红外线之后，人们自然而然地想到，既然有红外线，那么在太阳光谱的紫端以外是否也存在着看不见的紫外线呢？一些科学家效仿赫歇尔发现红外线的方法，将温度计放到太阳光谱的紫外端，结果是温度计一点儿变化都没有。是根本没有紫外线呢？还是紫外线的性质与红外线不同？德国物理学家里特没有灰心。1801年，他发现硝酸银在蓝光和紫光下照射以后，会分解出黑色的金属银。于是他想到将硝酸银放到紫端以外试试看，令他惊喜的是，他看到了这种反应进行得更快了。这个实验结果证实了太阳光谱中紫外线的存在。
紫外线发现之后，人们首先想要观测的就是太阳的紫外辐射，但是这方面的工作长期无任何进展。
1880年，科学家们通过多年的高空气球探测，发现35千米以上的太阳紫外辐射异常强烈。进一步发现地球大气层的15～35千米范围内，有一层厚约20千米的臭氧层，是这个臭氧层将太阳紫外辐射几乎全部吸收了。紫外线对地球生命系统有巨大的危害作用，臭氧层成为地表生命的巨大的“保护伞”，同时也给人们研究天体的紫外辐射造成了很大的不便。
1920年，有科学家乘气球升到9千米高空准备拍摄太阳紫外照片，没有成功。1930年，又有人放飞无人气球到20多千米高空去拍摄，依然不成。直到1946年，美国海军研究实验室发射一枚高空火箭，升高到80千米，才终于获得人类第一张太阳紫外照片。
2．轨道天文台系列
空间科学的发展，为紫外天文学带来了勃勃生机。
从1966年4月到1972年8月，美国发射了一系列共3颗主要从事紫外探测的卫星，名为“轨道天文台”，简称“OAO”。轨道天文台担负的主要任务是在紫外波段巡视宇宙天体辐射源，测定其方向、强度和辐射谱特征，观测恒星、星云、星际物质、银河系和河外天体的紫外辐射状况。卫星长约3米，直径约2.1米，重2吨左右，运行在750千米高空的近圆形轨道上。
轨道天文台1号（OAO-1）于1966年4月8日上天后，因配置的电源失灵，发射2天后停止工作，没有得到任何信息。
轨道天文台2号（OAO-2）于1968年12月7日上天。它携有4架口径32厘米的望远镜，分别在1400、1500、2300和2600埃这4个紫外光谱区用紫外光度计对热主序星作紫外光度观测。有1架口径41厘米的反射镜，配上900~3000埃的宽带光度计，用来研究银河系内弥漫星云的紫外线辐射和星际物质吸收。还有4架口径20厘米的望远镜组用作恒星光度测量；2台恒星紫外端光栅分光计，用来研究1100~4000埃区域的光谱细节。
轨道天文台3号（OAO-3）于1972年8月21日上天后不久，适逢伟大的天文学家哥白尼（1473～1543年）诞辰500周年，因而又被命名为哥白尼卫星。哥白尼卫星携带一架直径81厘米、f/20的卡塞格林望远镜和光栅光电分光计，主要目标是研究热星的紫外光谱；另外还有三架小型X射线望远镜。(图1，轨道天文台3号（OAO-3）。)
轨道天文台2号和3号，先后在太空中运行了8年，都获得了预期的成功。
轨道天文台2号（OAO-2）实现了对银河系的巡视，发现了银河系中5068个具有紫外辐射的天体。根据这些观测资料，1973年刊布了全世界第一份紫外巡天星表，列出了这些天体的位置、紫外辐射强度、光谱类型等。轨道天文台2号还发现在比2000埃更短的波长上，许多星系的亮度超出了天文学家原来的想象；B型星和O型星的紫外辐射强度也比原先预计的高；在红超巨星的色球层里，有很强的紫外线发射；等等。轨道天文台2号的成功，真正揭开了紫外天文学的序幕。
哥白尼卫星（OAO-3）获得了许多紫外星的光谱以及星际分子的光谱；探测到星际尘埃中有大量氢原子和重氢原子；发现了可能是超新星爆发或热星喷发物质形成的大范围气体云；更重要的是还在天蝎座发现了一个与一颗超巨星相伴的候选黑洞。
3．国际紫外探险者
继轨道天文台之后，1978年1月26日又有一个新的紫外探测器进入环绕地球飞行的轨道。它就是美国宇航局、欧洲空间局联合建造的“国际紫外探险者”，简称IUE。这是一颗地球同步卫星，卫星上载有一个口径45厘米的光学望远镜和紫外摄谱仪，工作波长1150~3260埃范围内。
国际紫外探险者是一颗十分成功的紫外空间望远镜。它和美国宇航局地面跟踪站每天24小时都能保持联系，还可以和欧洲空间局的控制中心每天联络10个小时。国际紫外探险者的预定寿命为3年，而事实上它大大地超过了原计划，正常地在太空中工作了十几年，送回了大量的多种天体的紫外分光和紫外测光资料，为紫外天文学做出了极大的贡献。
国际紫外探险者的预定探测目标包括各类恒星、活动星系、星际物质和太阳系内的天体等。通过它的探测，使早型星的研究进入了新的阶段；弄清了恒星色球和星冕之间过渡区的情况；发现了处于赫罗图中主序星之外的一些混杂恒星。它还探测到了用其它方法很难得到的宇宙元素丰度，发现了一种以前未曾见过的具有氖、镁、铝谱线的新星；等等。国际紫外探险者得到的丰富且有价值的信息资料，都存入了美国宇航局戈达德飞行中心的档案馆中，以供天文学家继续分析研究，发挥更大的作用。（图2，国际紫外探险者）
4．向远紫外波段进军
空间天文学中，紫外辐射的探测是很困难的，远紫外波的探测就更困难了。20世纪60年代到70年代，轨道天文台、天空实验室和国际紫外探险者在紫外天文探测方面已经取得了可观的进展。然而，这些探测器在紫外波段的工作波长大都长于1200埃，在100~4000埃广阔的紫外波段范围内还有短于1200埃的远紫外波段一直是一个空白。
这不仅是因为宇宙中星际气体对于波长从100~912埃的远紫外辐射的吸收非常严重，而且还因为可以用来制造紫外望远镜成像系统和探测器的透射材料是非常有限的，能够用于远紫外波段的材料就更少了，例如紫外探测中常用的氟化锂、氟化镁等材料的效力在短波方向分别截止在1050埃和1130埃。
从20世纪80年代初期开始，美、澳、加的空间机构和欧洲空间局就致力于远紫外波段空间探测方法的研究。
1992年6月美国宇航局发射了一颗极远紫外探索卫星，简称EUVE，由美国加州大学研制，由德耳塔火箭发射，预期工作寿命3年。它利用6种不同的极远紫外波段滤光片和扫描成像系统，在极远紫外波段，即80~800埃范围内作巡天观测。可获得分辨率为 的全天亮源图，在这个尚未开垦的波段取得了较为详尽的全天资料。
继EUVE之后，1996年，美国又用德耳塔火箭发射了一颗远紫外光谱探索卫星，简称FUSE。这颗卫星的设计思想早在80年代初即已提出，因为已有的紫外卫星都因镜面涂料的限制，在1200埃以下的在远紫外波段不能很好地发挥作用，而在这一波段又存在着大量的原子吸收谱线，对研究宇宙元素丰度、星际介质和恒星大气都有相当重要的意义。
随着这两颗远紫外卫星的探测资料的逐步被利用，人类对紫外宇宙的认识又会大大地前进一步。
5．星系演化探测器
2003年4月北京时间28日20时，美国宇航局又成功地将一颗紫外线太空望远镜“星系演化探测器(Galaxy Evolution Explorer，简称GALEX)”送入环绕地球的轨道。这是自当年2月1日“哥伦比亚”号航天飞机失事以来，美国宇航局的首次发射。GALEX是在大西洋上空由L－1011飞机上投下的“飞马-XL”火箭发射的。 GALEX耗资1.03亿美元，使命期限预计为28个月。它携带有紫外光检测器，“目光”非常犀利，能观测到距离地球80亿光年以上高温星体发出的紫外线。所以它的主要探测目标是跨越宇宙历史100亿年的数百万个星系，观测那些包含年轻恒星和释放出大量紫外线能量的星系，以达到更深入地了解恒星是什么时候以及通过什么机制在星系中形成的等问题。（图3，星系演化探测器）
星系演化探测器获得了重要的发现。当年12月，它观测到了宇宙中数十个诞生不久的大型年轻星系。科学家们一直在寻找宇宙中的新生星系，以便更好地理解银河系的形成。但以前观测到的星系距地球都很远，因而很难进行深入研究。星系演化探测器观测到的这些新生星系与地球的距离大约20亿～40亿光年，最近的只有10亿光年左右，这比以前发现的所有新生星系与地球间的距离都近。它们的年龄大约在1亿年到10亿年之间。而地球所处的银河系已经存在了100亿年之久。天文学家说：“这就像在自家的后院里发现了活化石，我们原以为这样年轻的星系早已经绝迹了，但实际上新生星系在宇宙中仍然存在而且数量也不少。”他们希望，对于这些星系的研究可以帮助人们了解银河系年轻时的状况。
2006年12月，星系演化探测器又有新的重大发现。在牧夫座方向，距离地球40亿光年的一个尚未命名的椭圆星系里，发现一个巨大的黑洞正将它的黑手伸向一颗恒星。在这个黑洞看来，这颗恒星就好像是宇宙中的一块点心，一有机会便可以随时“享用”一下。可能在数千年时间里，这颗黑洞便一直深藏在这个星系内安静地“休息”着。然而，那颗“莽撞”的恒星距离这个“沉睡”中的“危险分子”的距离实在是太近了，最终被它巨大的吸力撕成碎片。这颗惨遭撕裂的恒星的部分残片在黑洞周围形成漩涡，而后一点点被黑洞吞噬。由于这一过程触发了强烈的紫外线喷发，才让GALEX有机会观测到这一“灭门惨案”的全过程。此次发现是天文学家第一次目睹一个黑洞吞噬一颗恒星的全过程——从第一口到最后一口。这将帮助天文学家更好地研究宇宙中的黑洞，了解它们是如何在其主宰的星系中“进食”和“成长”的。（图4，星系演化探测器拍摄的―――――――）
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