基本介紹
- 中文名：X射線天文學
- 外文名：X-ray astronomy
- 學科性質：用X射線研究天體的一門學科
- 探測工具：衛星
- 始於：二十世紀四十年代
- X射線：波長0.01～100埃的電磁輻射
- 探測：始於二十世紀四十年代
定義,天體,起源,分類,探測儀器,觀測內容,成就,相關學科,
定義
X射線亮斑由於X射線屬於電磁波譜的高能端，因此X射線天文學與伽瑪射線天文學同稱為高能天體物理學。
補充：
X射線，想必你並不陌生。在醫院體檢的時候，醫生會用X射線儀透視你的心肺。這種儀器的X射線是人工產生的。用一定的電壓在真空中把電子加速，讓電子打在一個靶上。電子突然減速過程中，它的大部分動能即轉化為光子能量，從而發出X射線。1895年11月，德國物理學家倫琴(W.K.Roentgen )在進行陰極射線的實驗中，發現射線管中發出了某種射線。因為當時對於這種射線的本質屬性了解甚少，所以他稱之為X射線，表示未知的意思，現在也稱為倫琴射線。1901年諾貝爾獎第一次頒發，倫琴就由於這一發現而獲得了這一年的物理學獎。
天體
宇宙中輻射X射線的天體包括X射線雙星、脈衝星、伽瑪射線暴、超新星遺蹟、活動星系核、太陽活動區，以及星系團周圍的高溫氣體等等。由於地球大氣層對於X射線是不透明的，只能在高空或者大氣層以外觀測天體的X射線輻射，因此空間天文衛星是X射線天文學的主要工具。
因為天體的 X射線會受到地球大氣的嚴重阻礙，所以主要利用衛星進行探測。因此，雖然 X射線的探測始於二十世紀四十年代，但是成為一門學科，則是人造地球衛星上天以後的事。
早期的觀測工作集中於太陽的研究。自從1962年6月18日美國麻省理工學院研究小組第一次發現來自天蠍座方向的強大 X射線源以後，非太陽 X射線天文學進入一個新的發展階段。七十年代以來，發射了專門研究 X射線的天文衛星，觀測到許多先前不知道的宇宙 X射線源，使X射線源的數目從十幾個猛增到一千多個。
起源
1949年9月，美國海軍研究實驗室（NRL）的研究人員在新墨西哥州的白沙飛彈靶場，使用德國V-2火箭搭載的蓋革計數器，首次觀測到了太陽日冕發出的X射線，證實了太陽是一個X射線源，1956年，人們又利用氣球上發射的固體火箭觀測到了太陽耀斑發出的X射線。由於月亮反射太陽的光，人們推測月亮也會發出微弱的X射線螢光。1962年6月18日，美籍義大利裔天文學家里卡爾多·賈科尼等人利用Aerobee探空火箭升至150公里的高空，在X射線波段開始了全天範圍內的掃描。火箭上帶有三個蓋革計數器，利用X射線穿透的視窗厚度不同，可以記錄下光子的能量，同時利用火箭自身的旋轉確定X射線源的方向。這次試驗原本是想觀測月亮的X射線輻射，但是這個目的沒有實現，卻在火箭滯空的6分鐘裡，在距離月亮大約25度的地方，意外地發現了一個很強的X射線源，因為位於天蠍座，命名為天蠍座X-1。後來證實為來自銀河系中心的X射線輻射。天蠍座X-1是人類發現的除太陽以外的第一個宇宙X射線源。這次觀測被認為是X射線天文學的開端。賈科尼也因他開創性的貢獻獲得2002年的諾貝爾物理學獎。
美國麻省理工學院天文學家WalterH.·G.Lewin和荷蘭阿姆斯特丹大學天文學家Jan Van Paradjjs曾在1986年第三季度評述了準周期振盪現 象,現將他們文章的主要內容刊載於下。 x射線天文學最近發現了稱作準周期振盪的新 現象,這是使人感到驚奇的;振盪的起源尚屬未知. 因此,要判斷其重要性,為時尚早。 大約的個已知的低質量亮X射線雙星是年齡很 老的天體(其壽命為幾x 10.年)。在大多數情況下, 它們包含有一顆中子星,中子星從鄰近的低質量伴星吸積物質。有證據表明,中子星的偶極磁場隨著其年齡而變弱(中子星誕生時,其磁場強度高達1013高斯).磁場變得越弱,吸積盤將越接近中子星,而中子星就自轉得越快(作為吸積轉矩的結果,它自轉加速)。對很弱的磁場(例如石1丁高斯),中子星可達到大約1毫秒的最短周期,此周期可同中子星表面附近物質的克卜勒周期相比擬。 一般來說,在X射線雙星中,中子星的自轉可作為相干X射線脈衝檢測到,這是中子星的磁極漏斗狀吸積的結果。許多年努、大質量的X射線雙星中觀測到有相干X射線脈衝,其典型周期約在1秒到幾百秒之間。
分類
太陽X射線天文學
太陽 X射線的探測，主要弄清了它的三個成分：日冕高溫電漿的連續輻射和其他譜線輻射，構成了 X輻射寧靜成分；溫度在百萬度以上的日冕凝聚區的超熱電漿所產 生的輻射，構成 X輻射的緩變成分，在日面上呈現為 X射線亮斑。太陽活動區所產生的X射線爆發，構成了X輻射突變成分。在日面上呈現為 X射線耀斑。
X射線耀斑
X射線耀斑過去幾年，太陽 X射線測量的一個重要方面，是探測 X射線爆發的能譜和偏振。著重於研究耀斑脈衝階段的高能天體物理過程，如高能粒子的起源、傳輸、能量的轉化以及發射的性質等等。目前已初步確立了X射線輻射源的模型，這對耀斑物理的研究有重要價值。另外，已經研究清楚，太陽X射線在形成地球電離層的過程中起重要作用。
X射線望遠鏡已具有角秒量級的高分辨本領，這就為深入研究太陽現象創造了條件。X射線耀斑和X射線亮斑的發現大大增進對太陽活動區的研究和認識。而X射線冕洞的發現，更是太陽物理學的一項重大成果。現在已經查明，X射線冕洞就是高速太陽風的風源，也就是日地關係研究中長期沒有弄清楚的M區。冕洞物理提出了許多有價值的課題，如冕洞的形成，高速太陽風源的成因等，特別是冕洞的剛性轉動傾向迄今還未找到滿意的解答。
非太陽X射線天文學
十多年來，非太陽X射線天文學發展特別迅速，取得重大的突破。在已發現的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證認。在星系和星系團中的強射電星系(如室女座A等)和活動的塞佛特星系等均為著名的X射線源。作為河內的展源，超新星遺蹟(如蟹狀星雲、仙后座A等)也是一類重要的X射線源。有些X射線源，光學證認為雙星的成員星，如半人馬座X-3、武仙座X-1、天蠍座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。
大量射電脈衝星的發現，誘導人們去探索X射線脈衝星的存在。隨著新的探測技術的發展，已有可能發現後一種脈衝星。1969年發現蟹狀星雲脈衝星PSR0532的X射線脈衝輻射，它和對應的光學脈衝幾乎有完全相同的周期。後來又發現了其他類型的X射線脈衝星。這些發現對雙星演化過程的研究很有價值。
X射線天文觀測的另一類課題是關於瀰漫X射線背景測量。幾乎是各向同性的宇宙X射線背景輻射的發現，被認為是六十年代X射線天文學的重大成就之一。
1974年以後的幾年中，英國“羚羊”5號及其他衛星，相繼發現了宇宙X射線爆發和一批暫現X射線源，從而在宇宙中又揭示了一批前所未知的現象和新型 X射線源，這被公認為七十年代天文學的重大發現。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周期，迄今仍然是現代高能天體物理學的重大研究課題。
探測儀器
X射線天文學所採用的探測儀器隨X射線光子能量不同而有所不同。探測軟X射線用薄窗正比計數器，常用鈹做窗材料，鍍窗的密封性能好，能保證儀器工作穩定，但鍍窗的厚度仍然限制著計數數器對更低能量X射線的靈敏度。探測極軟X射線，要使用有機薄膜窗的計數器，但有機薄膜窗的氣體密封性不好。近年來在空間探測中發展了一種自動調節的流氣技術，保證計數器管內維持一定氣壓，使儀器的回響處於穩定可靠狀態，不過它的製造工藝和使用條件都較為複雜。
在非太陽X射線源的探測方面，為提高靈敏度，常常需要大面積的薄宙正比計數器。這種儀器的製造技術近年來發展較快。美國小型天文衛星“自由號”曾使用面積達840平方厘米、厚僅50微米的鈹窗正比計數器。隨著X射線能量的升高，正比計數器將失去作用，它的探測上限約為60千電子伏。更高能量的探測，則須用閃爍計數器。
正比計數器和閃爍計數器本身沒有任何成像和定向功能。為了證認各種X射線源和精確定出它們在空中的方位，必須在計數器前部加上準直器。這種準直技術近幾年發展特別迅速。目前廣泛使用的準直器類型有絲柵型準直器、板條型準直器和蜂窩狀準直器等。前者多用於軟X射線波段，後兩種用於硬X射線波段。此外，還有閃爍體構成的主動式準直器。
實驗X射線天文學的一個突出成就，就是將掠射光學原理套用於X射線天文，使大面積X光聚焦成像技術成為現實，製成了真正有研究價值的高分辨本領的X射線望遠鏡。它提供了把X射線的探測區域擴大到更遙遠的宇宙深處的可能性。
X射線天文學從誕生時起，在近二十年的短暫時間內發現了一系列前所未知的新型天體，獲得光學天文和射電天文無法得到的天體信息，大大地擴展了天文學的研究領域。X射線天文學所顯示的獨特威力，使得它在當代空間天文學中處於特別重要的地位。
觀測內容
X射線冕洞成就
X射線天文學的一個突出成就，就是將掠射光學原理套用於X射線天文，使大面積X光聚焦成像技術成為現實，製成了真正有研究價值的高分辨本領的X射線望遠鏡。它提供了把X射線的探測區域擴大到更遙遠的宇宙深處的可能性。
X射線天文學從誕生時起，在短暫時間內，發現了一系列前所未知的新型天體，獲得光學天文和射電天文無法得到的天體信息，大大地擴展了天文學的研究領域。X射線天文學所顯示的獨特威力，使得它在當代空間天文學中處於特別重要的地位。
