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天文史上的今天 | 洞察不可见的宇宙:钱德拉塞卡X射线空间望远镜

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1999年7月23日,旗舰级X射线天文台:NASA的钱德拉X射线空间望远镜发射升空。

在地球轨道上运行的“钱德拉塞卡”X射线空间望远镜

德拉X射线空间望远镜,我们观察黑洞,类星体,超新星等高能天体的太空利器。它所观察的宇宙,是我们肉眼无法观察到的。

1999年7月23日,以美籍印度物理学家钱德拉塞卡的名字命名的这台“旗舰级”空间望远镜发射升空。它每64个小时围绕地球运行一圈,迄今已经在太空正常运行接近20年。钱德拉塞卡空间望远镜(X射线)与哈勃空间望远镜(可见光,近红外),斯皮策空间望远镜(红外)以及康普顿空间望远镜(γ射线)一起,并称为NASA的“四大空间天文台”。

世界上第一张X射线图像,1895年12月22日,由德国物理学家伦琴拍摄,这是他妻子的手。天体也会发出X射线。

来源:wiki

X射线天文学充满挑战,因为地球大气会阻挡这种有害的射线抵达地面,因此,要想研究宇宙X射线,你得离开地球大气层,到外太空去。这方面最早的尝试是透过探空火箭进行的,观测的时间长度只能持续几分钟,利用探空气球也只能维持几小时。

1962年,美籍意大利天文学家里卡尔多·贾科尼(Riccardo Giacconi)和他的研究组发射了一枚搭载X射线探测器的探空火箭,并发现了首个宇宙X射线源。

里卡尔多·贾科尼(Riccardo Giacconi,1931~)

来源:wiki

基于贾科尼的设计,NASA进行了跟进,于1970年发射了世界上第一个X射线空间望远镜:“自由”号(Uhuru,“呜呼噜”~)。这颗卫星在太空运行超过两年时间,首次发现了黑洞可能存在的迹象。贾科尼研究组的另一个方向是“爱因斯坦天文台”(Einstein Observatory),这台空间设备于1978年~1981年间在轨运行。这是世界首个能够进行成像的X射线空间望远镜

通过这一系列的项目,贾科尼成为X射线天文学领域的权威人物,但他还想更进一步,他很快与哈佛大学史密松天文台的哈维·塔南巴姆(Harvey Tananbaum)合作,想要设计一台更加强大的空间设备,并将其命名为“先进X射线天体物理学设备”,其目标是“对宇宙X射线源进行高分辨率成像与光谱获取”。

世界上第一个X射线空间望远镜:“自由”号(Uhuru,“呜呼噜”~),这是斯瓦西里语,意思是“自由”

来源:NASA

爱因斯坦空间望远镜,第一颗具备成像功能的X射线卫星

来源:NASA

这台望远镜最初设计于1976年提出,项目在整个1980年代持续推进,到1992年,由于预算限制,设计被进行大幅简化以节约预算,并为使用航天飞机发射进行适配性更改。很快,这台望远镜建造完毕,等待发射,它被重新命名为“钱德拉塞卡”,以向1983年度诺贝尔物理学奖获得者,美籍印度天体物理学家苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡致敬。

1999年7月23日,钱德拉X射线望远镜由哥伦比亚号航天飞机搭载,发射升空。这在当时是航天飞机搭载的最大型载荷。升空8小时后,望远镜从航天飞机货舱内释放,并使用助推段发动机调整轨道,数天后,望远镜部署到位。

美籍印度天体物理学家苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡(Subrahmanyan Chandrasekhar,1910~1995)

来源:wiki

1999年7月23日,STS-93次任务,哥伦比亚号航天飞机搭载钱德拉塞卡X射线望远镜升空

来源:NASA

最终,钱德拉塞卡X射线空间望远镜运行在一个围绕地球的大椭圆轨道上,近地点1.6万公里,远地点13.3万公里。在其运行到轨道远地点时,其距离几乎相当于地月距离的1/3,这种轨道使其能够对某个天体目标持续观测超过52小时。

至于贾科尼,他功成名就,在2002年由于在X射线天文学领域的杰出贡献而被授予诺贝尔物理学奖。他的老搭档塔南巴姆在1991年成了“钱德拉塞卡X射线中心”的主任,至今。

1999年8月中旬,钱德拉塞卡望远镜“开光”,也就是进行首次观测,拍摄了仙后座A的图像,这是1572年第谷·布拉赫观测到的超新星爆发留下的遗迹。

哈佛大学史密松天文台的哈维·塔南巴姆(Harvey Tananbaum)

来源:wiki

STS-93任务的宇航员们与钱德拉塞卡X射线空间望远镜的模型

来源:NASA

首次成像的质量很高,但更重要的是,钱德拉塞卡望远镜能够在不同的波段察觉其他波段无法察觉的信息,比如搜寻超新星遗迹中心位置有无中子星或黑洞的存在。

在过去的将近20年里,钱德拉望远镜对黑洞遗迹其他高能天体进行了大量观测,积累了海量观测数据,极大推进了X射线天文学的发展。

第谷超新星遗迹“仙后座A”

来源:NASA

钱德拉望远镜拍摄的X波段图像

来源:NASA

2017年,引力波事件对应体图像

来源:NASA

最近的进展,比如在2017年,钱德拉望远镜参与了那场与引力波天文学有关的国际联合观测,它成功捕获两颗遥远中子星合并产生的高能“闪光”。激光干涉引力波天文台(LIGO)则检测到与这次碰撞事件关联的引力波事件,从而激励科学家们去搜寻与之对应的爆发事件。

这是人类首次同时在电磁波和引力波两个窗口观察到同一次天文事件,标志着人类“多信使天文学”(multi-messenger astronomy)的开端。

编者按:

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