八十八星座中圓規座的研究曆史

[正文]八十八星座中圓規座的研究曆史

　　本期八十八星座帶來的知識是圓規座的研究曆史，由于大氣中臭氧、氧，氮分子等對紫外線的強烈吸收，天體的紫外光譜在地面無法進行觀測；在紅外波段，則由于水汽和二氧化碳分子等振動帶、轉動帶所造成的強烈吸收……

　　研究曆史
　　由于大氣中臭氧、氧，氮分子等對紫外線的強烈吸收，天體的紫外光譜在地面無法進行觀測；在紅外波段，則由于水汽和二氧化碳分子等振動帶、轉動帶所造成的強烈吸收，只留下爲數很少的幾個觀測波段；在圓規座射電波段上，低層大氣的水汽是短波的主要吸收因素，而電離層的折射效應則將長波輻射反射回圓規座空間；至于x、γ射線，更是難于到達地面；由于圓規座分子散射，地球大氣還起著非選擇性消光作用。而空間天文觀測基本不受上述因素的影響。

　　另外，圓規座空間觀測會減輕或免除地球大氣湍流造成的光線抖動的影響，天象不會歪曲，這就大大提高儀器的分辨本領。今天的圓規座空間技術力量已能直接獲取觀測客體的樣品，開創了直接探索太陽系內天體的新時代。

　　現在已經能夠直接取得圓規座行星際物質的粒子成分、月球表面物質的樣品和行星表面的各種物理參量，並且取得沒有受到地球大氣和磁場歪曲的各類粒子輻射的強度、能譜、空間分布和它們隨時間變化的情況等。

　　現代圓規座空間科學技術是空間天文發展的基礎，近二十年來，它給圓規座空間天文觀測提供了各種先進的運載工具。目前，空間天文觀測廣泛地使用高空飛機、平流層氣球、探空火箭、人造衛星、空間飛行器、航天飛機和空間實驗室等作爲運載工具，進行技術極爲複雜的天文探測。特別是人造衛星和宇宙飛船，是圓規座空間天文進行長時期綜合性考察的主要手段。

　　自六十年代以來，世界各國發射了一系列軌道天文臺以及許多小型天文衛星、行星探測器和行星際空間探測器。美國在七十年代發射的天空實驗室，是發展載人飛船的空間天文觀測技術的—次嘗試。今後的空間天文觀測將主要依靠環繞地球軌道運行的永久性觀測站來進行。

　　圓規座空間天文探測常常需要准確證認輻射源的方位，有時需要在短達幾秒鍾的時間內完整地記錄一個複雜的瞬時性爆發現象；有時則要求探測儀器在極端幹淨的環境中工作，免遭太空環境的幹擾。現代空間科學技術常常能夠滿足這些嚴格的要求，爲上述運載工具提供極爲准確的定向系統、複雜而又可靠的姿態控製系統、大規模高速信息采樣和回收系統以及各種任意選擇的運行軌道，給圓規座天文觀測以良好的保證。圓規座空間天文迅速發展的另一個因素是實驗方法的不斷完善。圓規座空間天文的實驗方法和傳統的光學或射電天文方法有很大區別。由于電磁輻射性質的不同，特別在高能輻射方面差別更大，因此，對它們的探測多半需要采用各種核輻射探測技術，利用電磁輻射的光電、光致電離—電子對轉換等效應，來測量輻射通量和能譜，並根據空間天文的特點加以發展。目前在空間天文中從紫外線軟x射線直到高能γ射線，按照能量的高低廣泛使用光電倍增管、光子計數器。電離室、正比計數器。閃爍計數器、切連科夫計數器和火花室等多種探測儀器。

　　在這些輻射波段裏，一般的光學成像方法失去作用，必須應用掠射光學原理進行聚光和成像。現在，已經使用掠射x射線望遠鏡，但還只應用于圓規座遠紫外和軟x波段。在硬x射線和γ射線波段目前還沒有任何實際有效的聚光和成像方法。圓規座空間天文探測的一個重要方面是證認各種輻射源，並確定其方位。上述各種探測器本身不具有任何方向性，因此發展了定向准直技術。這種技術在x射線天文中，應用得最爲充分，如絲柵型、板條型、蜂窩狀等不同類型的准直器已廣泛使用。

　　圓規座空間天文的發展大致經曆了三個階段。最初階段致力于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、行星和行星際空間。第三階段是從二十世紀七十年代起，開始探索銀河輻射源，並向河外源過渡。六十年代初以來，在太陽系探索和紅外、紫外、x射線、γ射線天文方面，都取得十分重大的成就。

　　圓規座空間探測首先在近地空間、行星際空間方面取得重大突破。發現日冕穩定地向外膨脹，電離氣體連續地從太陽向外流出，形成所謂太陽風。這些成就改變了原來的日地空間的概念。行星際空間探測清楚地揭示了行星際磁場的圖像，天體物理學家由此而得到啓示去尋找它與太陽本身的關系，並且産生研究太陽光球背景場的興趣。圓規座行星際空間是一個天然的等離子體實驗室，它提供了地面實驗室條件下無法比擬的規模和尺度。太陽風作爲無碰撞的等離子體，通過對行星際空間中豐富的動力學現象的觀測而得到最充分的研究。

　　圓規座行星、月球的探測主要是依靠對行星、月球作接近飛行或在上面登陸的行星探測器來進行的。很自然，最先得到探索的行星是地球。1958年範愛倫設計了地球“探險者”1號，並在1959年通過這個衛星的測量發現了範愛倫輻射帶，對這一問題的繼續研究又揭示了地球周圍存在著一個複雜的巨大磁層，這是空間探索在行星科學方面的首次重大進展。接著開始對月球和其他行星的一系列探測，在這一階段得到很多有意義的資料，動搖了地面天文研究的許多結論。

　　在圓規座空間進行紅外天文探測始于六十年代後期。用高空飛機、平流層氣球、火箭等手段進行紅外探測已取得許多重要成果。七十年代初期，幾次火箭巡天探測，在波長4、11和20微米波段發現三千多個紅外源，描繪出一幅完全不同于光學天空的新圖像。紅外源包括了星前物質、恒星、行星狀星雲、電離氫區、分子雲、星系核和星系等。中、遠紅外的探測還發現一些星系、類星體等存在著預想不到的強輻射，如3c273、ngcl068、m82等。在某些情況下，它們的紅外亮度比它們在其余波段的全部輻射還要大三、四個量級。這種極強的紅外輻射機製迄今未能解釋。人造衛星發射成功以來，紫外天文探測有了新的飛躍。由于使用了裝載在軌道太陽觀測臺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分辨率，對色球—日冕過渡層的物態研究頗有價值，從而爲建立更精細的過渡層理論模型提供了實驗依據。

　　圓規座
　　恒星紫外輻射研究的主要課題是一些有關恒星大氣模型的問題。圓規座空間觀測表明，早型星在紫外波段有強烈的紫外連續譜和共振線。這種輻射與恒星大氣的模型的關系十分密切，因而可以用來研究恒星大氣。晚型星的紫外輻射類似太陽，主要來自色球和星冕。最近的一些觀測證實，有些晚型星存在明顯的色球層或外圍高溫氣體。這反映色球、日冕結構可能普遍存在于恒星中。紫外探測對星際物質的研究有特殊用處，因爲星際物質包含有塵埃，它對不同波長的電磁輻射消光不同，這是研究星際塵埃本身的主要依據。根據大量空間觀測得到的紫外波段消光的特點，人們得知星際塵埃包含有線度約爲0.1微米的石墨塵粒。星系的紫外探測也已開始。觀測證實星系存在強烈紫外輻射，並且顯示出較大的紫外色余，這也許是星系中存在大量熱星的表現。六十年代初期開始的大量x射線探測，已經給我們展示了一幅與光學天文截然不同的宇宙圖像。太陽x射線天文的主要貢獻是弄清了太陽x輻射中的三個成分——甯靜、緩變和突變成分。甯靜成分的x輻射起源于太陽色球外層和日冕區的熱輻射，具有連續輻射和線輻射。緩變成分與活動區上空的日冕凝聚區有關；突變成分則和耀斑爆發或其他日面偶發性活動有關，人們常稱爲x射線爆發。