空間天文學

空間天文學是在高層大氣和大氣外層空間進行天文觀測和研究的學科。就觀測波段而言，空間天文學可分成多個分支：紅外天文學、紫外天文學、X射線天文學、γ射線天文學等。空間天文研究始於20世紀40年代，空間科學技術的迅速發展，給空間天文研究開闢了十分廣闊的前景。空間天文觀測可以克服地面天文觀測中存在的地面紫外光譜觀測無法進行，地球大氣的非選擇性消光作用，紅外波段部分缺失等的缺陷，擴寬了天文觀測波段。

基本介紹

• 中文名：空間天文學
• 外文名：Space Astronomy
• 藉助工具：宇宙飛船、人造衛星
• 觀測區域：高層大氣和大氣外層空間
• 分支：紅外、紫外、X、γ射線天文學

誕生和發展

在人造衛星未上天以前，氣球和火箭作為空間探測的先驅被用於天文學研究。

人造衛星和各種宇宙飛船的成功發射，對許多學科和技術領域產生了前所未有的巨大推動作用，其中就包括天文學這門古老的學科。

由於地面天文觀測要受到地球大氣的各種效應和複雜的地球運動等因素的嚴重影響，因此，其觀測精度和觀測對象受到了許多限制，遠遠不能滿足現代天文研究的要求。為了從根本上克服上述不利因素的影響，天文學的一門新分支學科，空間天文學伴隨著航天技術的迅速發展而誕生。

空間天文學

1957年10月4日世界上第一顆人造地球衛星上天，標誌著人類科學進入了空間時代。美國於1960年發射了第一顆天文衛星“太陽輻射監測衛星1號”，對太陽進行紫外線和X射線觀測。此後，世界各國又相繼發射了許多天文衛星和用於天文研究的各種星際飛船，大大豐富和擴展了人類對宇宙和各類天文現象的認識。

空間天文學的發展大致經歷了三個階段。最初階段致力於探明地球的輻射環境和地球外層空間的靜態結構，這個時期的主要工作是發展空間科學工程技術；第二階段開始探索太陽、行星和星際空間；第三階段是從20世紀70年代起,開始探索銀河輻射源,並向河外源過渡。

研究進展

上世紀60年代前蘇聯和美國都研製和發射了專門探測太陽的衛星和探測器，上世紀70年代國際合作進行太陽探測達到高潮，對太陽的認識取得了巨大成就。

1964年7月28日美國發射的“徘徊者”7號到達月球表面，發回了4300張清晰的月面照片，人們對月球的認識達到一個新階段。

美國1962年發射的“水手”2號發現金星沒有磁場和輻射帶。美國發射的“麥哲倫”號金星探測器於1990年對金星表面進行了詳細的測繪，測繪之細甚至超過了地球。

對火星的探測活動始於上世紀60年代前期，至上世紀70年代達到了高峰。美國“水手”9號成為第一顆人造火星衛星，獲得了大量關於火星的資料，發回7000多張火星和其他衛星的照片。各種資料表明，火星上不存在任何生命，也不具備生命發育和生長的基本條件。

美國於1973年發射的“水手”10號是一顆水星探測器，對水星進行了幾次觀測。水星離太陽最近，表面環境十分惡劣，上面的溫度最高達510℃，背日面低達-210℃。

木星、土星、海王星和天王星的觀測，在空間天文學上也取得了很多的研究成果。“旅行者”1號和2號探測器觀測到：木星有厚約30km、寬度約5800km的光環，共有16顆衛星；土星有光環數以千計，可謂環中有環，多達18顆衛星。“旅行者”2號發現天王星擁有15顆衛星，發現海王星有5條光環，6顆衛星等。

空間天文學對宇宙的觀測研究進行得也相當廣泛。探測對象包括宇宙星系、各種射電源、類星體、新星和超新星、黑洞、星際分子、宇宙背景輻射等。

分支

紅外天文學

紅外天文學是在電磁波紅外波段研究天體的學科。紅外波段包括波長0.7-1000微米的範圍，可分為三個區：近紅外區0.7-3微米、中紅外區3-30微米、遠紅外區30-1000微米。

溫度4000攝氏度以下的天體，其主要輻射在紅外區，因此諸如紅巨星、原恆星、恆星延伸大氣中的塵埃包層、氣體星雲和星際介質都可以在紅外波段進行觀測研究。

星際介質對紅外光吸收較小，對掩埋在氣體和塵埃中的天體要用紅外波段進行觀測。隨著半導體物理學的發展和軍事偵察的需要，出現高靈敏低熱噪聲的單元和陣列紅外檢測器，紅外天文學因此得到進一步發展。

紫外天文學

紫外天文學是在電磁波紫外波段研究天體的學科。

紫外波段介於可見光和X射線波段之間，紫外輻射受大氣吸收最為嚴重，人造衛星發射成功後，紫外天文探測有了新的飛躍。

後續由於使用了裝載在軌道太陽觀測台衛星上的掃描式紫外分光光譜儀，獲得空前豐富的紫外發射線光譜資料。這些資料具有極高的空間解析度，對色球-日冕過渡層的物態研究頗有價值。

X射線天文學

通過X射線波段來研究天體的學科稱為X射線天文學。

宇宙中某些天體發出X射線，在傳向地球時受地球大氣嚴重阻礙。因此，雖然X射線探測器在20世紀40年代就已經開始，而成為獨立學科，則遲至人造地球衛星上天后才做到。

X射線天文學從誕生時起，在短短20多年時間內發現了前所未有的一批新型天體，獲得了光學天文學和射電天文學不能得到的天體信息。X射線天文學以其自身特點站穩了在空間天文學中的重要地位。

γ射線天文學

γ射線天文學是接收從宇宙中來的波長短於X射線的電磁輻射來研究天體的一門學科。

γ射線被地球大氣嚴重吸收，只能利用高空氣球、火箭和衛星來進行探測。

γ射線天文學概念雖比X射線天文學提出更早，但其進展反而落後於X射線天文學。其原因是宇宙γ射線的探測更難：探測的γ射線流量極低，對儀器要求很高。但是，γ射線的譜線具有較大的物質貫穿力，能夠提供宇宙中具體的核過程信息，使我們能夠探測更遠的宇宙。

主要的γ射線天文衛星有康普頓γ射線空間望遠鏡、BeppoSAX衛星、高能暫現源探索衛星。

觀測的優越性

在高層大氣和大氣外層空間開展的天文觀測有地面天文觀測無法比擬的優越性。

在地面進行天文觀測，由於大氣中臭氧、氧、氮分子等對紫外線的強烈吸收，地面紫外光譜觀測無法進行；由於水汽和二氧化碳分子等的振動帶、轉動帶對光譜所造成的強烈吸收，紅外波段只有為數很少的幾個觀測波段。而且在射電波段上，短波被低層大氣中的水汽吸收，長波輻射被電離層反射回空間，同時分子散射造成地球大氣的非選擇性消光作用。

空間天文觀測基本不受上述因素的影響，並且減輕或免除地球大氣湍流造成的光線抖動，提高了儀器的分辨本領。

未來

空間天文學的獨特貢獻，特別是20世紀70年代的一些重要發現,對天文學產生了巨大影響，從而使人類對太陽系、銀河系、恆星演化、行星際和星系際空間等領域的了解發生深刻變化。

空間科學技術，特別是空間天文的實驗方法處於不斷完善之中。新技術、新方法、新原理不斷出現，使得最年輕的天文學分支學科空間天文學是最活躍的。

一系列當代高能天體物理中的重大問題──新合成核存在的直接證實、元素合成理論、黑洞的尋找、宇宙線的起源以及宇宙學中的某些問題都有待空間天文學去解決。