里卡多·賈科尼

2008年10月21日下午， 應中國科學技術大學天體物理中心和理學院的邀請，02年諾貝爾物理學獎得主，著名天體物理學家裡卡多.賈科尼教授，在合肥微尺度物質科學國家實驗室東三學術報告廳作了題為“X射線天文學的興起”的精彩報告，向物理、天文專業及其他感興趣的同學介紹了X射線天文學的發展歷程和他本人在其中的參與經歷。報告會由天體物理中心王俊賢教授主持。

基本介紹

• 中文名：里卡多·賈科尼
• 外文名：Riccardo Giacconi
• 個人簡介：里卡多·賈科尼（Riccardo Giacco
• 職業歷程：賈科尼於1973年被聘為哈佛大

個人簡介

里卡多·賈科尼（Riccardo Giacconi）是美國約翰霍普金斯大學的大學教授。他1931年10月6日生於義大利熱那亞，在米蘭長大。他於1956年在米蘭大學獲得博士學位，論文題目是關於宇宙線天文學，證實了恩雷科·費米的一個核相互作用模型。在印第安那大學（靠富布賴特基金資助）和普林斯頓大學從事高 能物理博士後研究之後，於1959年加盟美國科學與工程公司（ASE）。他創建了一個空間科學小組，最終設計出第一台X射線望遠鏡，並於1962年搭載火箭升空，發現了第一顆X射線星―Sco X-1。這一發現成為X射線天文學的開端，導致了UHURU，Einstein和Chandra等一系列X射線衛星的上天。他發現了宇宙X射線背景，許多現在被認為隱藏著黑洞的雙星，以及星系團的大質量X射線區域。由於對X射線天文學的開創性貢獻，他獲得了2002年度諾貝爾物理學獎的一半，另一半由Ray Davis和Masatoshi Koshiba（小柴昌俊）對天體中微子的探測而分享。

里卡多·賈科尼是發展X射線、紫外、光學和射電4個天文學領域中最大望遠鏡的領袖人物。他在現代天文觀測能力的發展中所起的作用是無與倫比的。

職業歷程

賈科尼於1973年被聘為哈佛大學教授。在那裡，他和他的團隊發展了周密的管理方法，讓X射線天文台能為全世界天文學家生產標準的數據產品。

1982年，他成為空間望遠鏡研究所首任所長，把用於Einstein衛星的方法用來為Hubble空間望遠鏡制定運行計畫、數據歸算和文檔系統。

1990年，他成為歐洲南方天文台（ESO）總台長，領導了甚大望遠鏡陣列（VLT）的4台8米光學望遠鏡的成功建立。

1999年，他回到美國任大學聯合體主席，負責建立預期於 2010年完成的阿塔卡馬大毫米波陣（ALMA）。

探索發現

賈科尼教授從1958年前，他剛從義大利來到美國，加入美國麻省科學與工程公司從事宇宙射線的有關研究開始講起。他選擇了X射線作為研究的領域，是因為當時的火箭和衛星技術能幫助進行外太空的X射線觀測，且起源於高能事件的X射線能夠穿越星際介質到達我們的銀河系。相對於更高能的伽瑪射線而言，X射線擁有更多數目的光子，而且，可以通過掠入射來進行成像觀測。在當時，已知的X射線源只有太陽， 而且美國海軍實驗室已經對它進行了大約10年的觀測。 賈科尼教授等人希望從理論和實驗上探索X射線天文學的可能性， 他們在1960年發表了一篇文章，估計了一些天體可能的X射線輻射流量，包括太陽，遠處的恆星，變星，甚至於月球反射太陽的X射線輻射。他們同時設計了一個X射線探測器，比以往的要靈敏50到100倍。在1962年火箭搭載著探測器升空了，他們突然發現，他們得到了遠大於預期的東西－－“大自然對我們是如此的友善！” －－第一個宇宙X射線源Sco X-1和全天空的宇宙X射線背景。這兩個問題貫穿了X射線天文學的發展，特別是第一個宇宙X射線源Sco X-1，當時無法從已知的理論來解釋它的產生機制。由於它的X射線光度比太陽的光度還要高1000倍，這意味著發現了未知的能產生巨大能量的物理過程。

因為窄的視場不利於去尋找宇宙空間的X射線源，賈科尼教授等人當時用的探測器是有很寬的視場的。這樣雖然探測到了X射線源，但無法定出它的具體位置。

科研成果

賈科尼教授等人在1970年領導發射了X射線衛星UHURU，它攜帶的兩個探測器分別能達到0.5 和1度的定位精度，並且將探測時間從以前的分鐘提高到年的量級。UHURU在全天空發現了300多個新的X射線源，同時監測到了恆星級X射線源的光變現象（Cen X-3，震盪周期4.3秒）。 賈科尼教授排除了超新星爆炸的可能性，確定此現象是來自一個穩定系統。他提出了雙星引力能釋放的模型。當雙星系統之一是中子星或黑洞時，伴星的氣體通過系統的羅歇瓣落入緻密星的引力勢井，形成氣體的吸積盤。吸積盤上的物質引力能部分轉化為X射線輻射出來從而被我們觀測到。這在當時是新發現的能量釋放方式，它的效率比核能要高100倍。

X射線天文涉及到的物理不僅僅局限於恆星級X射線源，它還來自於星系或星系團，宇宙尺度的熱氣體或活動星系核。它能告訴我們星系或星系團中物質的分布，元素的演化，星系的形成過程， 甚至能幫我們定宇宙學常數H0和跟蹤大尺度的結構。但這一切需要更精確的X射線觀測數據的支持。賈科尼教授在設計UHURU衛星的同時，也在考慮如何進一步提升望遠鏡的探測本領。UHURU已經達到了探測器設計的極限，要提高精度，只能從X射線光路入手。 科學家們非常熟悉光學的光路設計，但X射線不同於光學，X射線的波長和原子大小可以相比擬，這樣就無法通過反射和折射成像，只能保證在一個非常小的角度里的掠反射成像。賈科尼教授等人花了很長的時間去發展這項技術，終於在1979年，第一台X射線成像望遠鏡Einstein升空了。它的靈敏度比UHURU要高1000倍，空間解析度達到了角分的量級。到1999年技術非常成熟的Chandra X射線望遠鏡發射升空了，它使得X射線天文學迎來了一個飛躍：Chandra的空間解析度達到了驚人的0.5角秒，它能探測到更多更暗的X射線天體和它們的能譜。

成果展示

賈科尼教授在講述X射線空間望遠鏡技術的進步的同時，還向人人們展示了一系列的天文學成果，包括太陽的X射線圖像，清晰地顯示了日冕中的X射線輻射，蟹狀星雲的超新星的噴流，星系中的噴流以及相互作用的星系的X射線和光學波段的圖像。我們可以在X射線波段清晰看到當兩個星系碰撞時，氣體存在相互作用；而在光學波段，可以發現星系和暗物質實際上都是不相互作用的。賈科尼教授最後介紹了Chandra南天深場的工作。他說，這是他一直想做的工作，但直到最近幾年才得以進行。Chandra南天深場的X射線點源清晰的解答了賈科尼教授在1962年發現的第二個問題－－宇宙X射線背景輻射：背景輻射實際上是由X射線點源所貢獻的。