18 空间天文学

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1、十八空间天文学1空间天文学简史空间天文学，是利用空间飞行器在地球高层大气中和大气层外进行天文观测与研究的一门学科。它诞生于20世纪40年代，早期观测以平流层飞机、气球和火箭作为运载工具。1957年人造卫星上天后，空间天文获得迅猛发展，一跃成为天文学的一门新兴分支学科。随着运载技术的发展，载人飞船、航天飞机、空间站都成为空间天文探测的主要运载工具；随着科学技术的进步，现代物理一批实验方法和设备，如核物理实验技术、摄影技术、光电技术、光学技术、红外探测技术等不断用于空间天文；随着探测技术的进步，属于空间天文范畴的一些新兴学科——空间红外天文学

2、、空间光学天文学、紫外天文学、X射线天文学和γ射线天文学，雨后春笋般地出现并且迅速发展起来。如今，空间天文学的研究范围几乎涉及天文学一切领域，行星和行星际探测、太阳物理、恒星和星系辐射以及高能天体物理等都在它研究之列。在行星考察、日地关系、太阳物理、恒星物理和星系演化以及中子星、脉冲星和黑洞的研究中取得惊人的成绩。2空间光学天文学从伽利略用望远镜进行天文观测起，到射电天文学的兴起，光学观测一直是天文观测唯一手段。但是，由于地球大气的反射、折射、散射和抖动，严重影响着地面光学天文观测。人造卫星上天为天文学革命开辟了宽阔的道路，随即诞生了一门

3、崭新的天文学分支学科——空间天文学，光学观测也开始由地面走向空间。◆天体测量卫星随着空间探测手段的进步，光学望远镜也搬上了“天”。第一个进行空间光学观测的是欧洲空间局的天体测量卫星——伊巴谷（见下图），它于1989年8月发射，目的是测量恒星视差和自行。经过四年飞行，圆满完成了所有科学探测任务，于1993年8月15日停止工作。四年飞行获得了全天一百多万颗亮度暗到11等的恒星与一万多个非恒星天体的星图。◆哈勃空间望远镜在空间光学天文卫星中，最著名的是“哈勃空间望远镜”，它是1990年4月25日由美国“发现号”航天飞机部署到轨道的，哈勃空间望远

4、镜是一架经典光学望远镜，长度13.3米，直径4.3米。望远镜主镜是卡塞格林式反射望远镜，口径2.4米，能在光学、紫外和红外等多个波长范围工作。同地面大望远镜相比，它的口径虽然不算大，但由于它在大气层上面观测，摆脱了大气的束缚，具有空间分辨率高和天光背景暗的突出优点，加上它带有广角行星照相机，可同时拍摄百万颗恒星照片，拍摄的照片比地面天文望远镜拍摄的清晰十多倍等良好性能，成为当代最精良的天文观测设备。通过在轨道上的四次大修，它成功地观测了19年，完成了88万多次宇宙观测，对2.9万个宇宙天体拍摄了57万多张照片，传回了5万张高质量的精美图片

5、，采集到39万亿比特科学数据，它取得的数据足以堆满两个美国国会图书馆。哈勃空间望远镜还创造了许多太空观测奇迹：如发现了黑洞存在证据，探测到恒星和星系的早期形成过程，观测到目前人类所能触及的最遥远——距离地球130亿光年的古老星系。利用这些观测资料，天文学家提出7500多份科学研究报告。并且取得12项最重大的科学发现：（1）证实了暗物质的存在。（2）探测到冥王星卫星。（3）探测到类星体明亮的光线。（4）观测到彗欧空局天体测量卫星——伊巴谷星撞击木星的过程。（5）宇宙在加速膨胀。（6）探测到星系形成的全过程。（7）在可见光范围内探测到第一颗地

6、外行星。（8）“称量”了超大质量黑洞。（9）观测到宇宙中最强烈的爆炸。（10）探测到行星在恒星尘埃盘里诞生。（11）观测到恒星壮观地死亡过程。（12）发现宇宙年龄为130亿年。这些观测对世俗文化有着极大的冲击力，对人类建立新的宇宙观有着极重要的影响。3其他波段的空间天文学空间天文学的优点在于充分发挥了各种电磁波在天文观测中的作用，使一些在地面观测不到的天体辐射得以在空间探测。微波、红外辐射、紫外辐射、X射线和γ射线就是这样一些电磁波。◆微波背景辐射的探测从理论上推测，宇宙起源于一次大爆炸，大爆炸应当残留有温度为几开的背景辐射。这一推测被美

7、国贝尔实验室的工程师阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊的发现所证明，这个发现叫做“宇宙微波辐射背景”。1989年11月升空的微波背景探测卫星(COBE)对此作了很好的测量，结果证实：银河系相对于背景辐射有一个相对的运动速度；宇宙背景辐射具有高度各向同性，温度涨落的幅度只有百万分之五左右。2003年，美国又发射了“威尔金森微波各向异性探测器”（WMAP）对不同方向上宇宙微波背景辐射的涨落进行了测量，这个探测器取得一系列重要成果，指出宇宙年龄是137亿年:在宇宙的组成中，4%是一般物质，23%是暗物质，73%是暗能量；宇宙目前的威威尔金森微波各向

8、异性探测器膨胀速度是71千米/每秒．每百万秒差距；宇宙空间近乎是平直的；它经历过一个暴涨的过程，并且会一直膨胀下去。◆空间红外天文学红外天文学是利用0.7微米至1毫米波长的红外辐射研究天体的一