图解空间望远镜发展史

太空探索丨【图解航天史】
空间望远镜发展史
文/叶楠
射线空间望远镜（
在地球上，我们能感受到最强的电磁辐射来自予太阳，地球的大气层帮我们阻挡了来自字宙 中绝大部分7射线、X射线等高能辐射，以及部分红外和射电波。

大气只为我们打开了两扇"窗口"：
一个允许可见光及部分红外线通过，我们眼晴能够感光的范围就在这个窗口之中；另一个位子射
电波段，为无线电通讯、人造卫星数据传输等现代科技提供了可以实现的必要条件。

我们的生活
甚至生存都极大地依赖这两个“窗口"的存在，试想，如果大气无法阻挡高能辐射，那么地球可
能会像其他行星一祥，不会有生命存在。

但是另一方面，高能天体物理是现代天文学研究的一个
重要方向，而在地球表面我们是无法得到来自子这些夭体的辐射信息的。

因此，我们必须把望远
镋放到天上去。

空间天文望远镜时代的幵始20世纪60年代，帕洛玛天文台口径5米的海尔望 远镜（左图）是世界上最大、性能最好的光学望远镜；射 电天文学领域的快速发展造就了当时射电天文学的四大发 现：类星体、脉冲星、星际分子和宇宙微波背景辐射；口径达305米的阿雷西沃射电望远镜（右图）还在建造之 中……此时，天文学家的目光却早已对准了天上，他们希 望有一天，天文望远镜可以漂浮于太空之中，那里没有地 球重力造成的镜片形变，没有地球自转引起的白天黑夜，没有地球大气扰动造成的成像扭曲。

空间望远镜概念的提出
1946年，年仅32岁的美国天文学家小莱曼•斯皮策 在一份报告中提出了将天文望远镜置于太空之中的想法，并对其优缺点进行了分析。

这对空间天文望远镜的后续发 展影响是巨大的，包括哈勃空间望远镜在内的诸多空间望 远镜都参考了斯皮策的观点。

后来，美国宇航局在2003年 发射的斯皮策空间望远镜就是以他的名字命名的。

1947年, 斯皮策接替罗素成为普林斯顿大学天文台台长，之后接任 普林斯顿大学天文系主任直至退休。

【圍解肮天史】I太空探索
7射线
1900年，法国化学家和物理学家保罗•维拉尔利用阴极射线照射含有镭的氯 化钡，照片记录上发现产生的辐射穿透了厚度为0.2毫米的铅箔。

这一穿透能力 极强的辐射后被命名为y射线，是继a射线、卩射线之后人类发现的第三种原 子核射线。

1913年，y射线被证明是电磁波，波长小于0.02纳米，是电磁波中 波长最短、能量最高的，其穿透特性在医学领域有着广泛应用。

在天文学领域，y射线一般来自于恒星内部的核合成，以及高能天体物理现象，比如超新星、类 星体、黑洞并合事件等都会发射大量y射线。

丫射线不同于可见光，不能利用 光学透镜去进行汇聚成像，所以y射线望远镜在外形上与光学望远镜截然不同，更多的是利用y射线与其他物质作用后引起的电离现象进行间接测量，一般称之 为闪烁探测器。

上图为模拟的y射线暴现象。

范艾伦辐射带
范艾伦辐射带是在地球附近的近层空间中，由大量带电粒子聚集而成的环状 辐射带，由美国物理学家詹姆斯•范•艾伦发现并命名。

其粒子来源一般认为是 被地球磁场俘获的太阳风粒子。

由于和地球磁场有关，所以辐射带在两极地区更 接近地表，也更容易观测到极光。

而在赤道地区辐射带较高，一般情况下在500 公里至10万公里之间。

当太阳活动剧烈时，其高度可能会被压缩至海拔200公
里高度。

范艾伦辐射带主
要由两个条带组成，内外
层之间有明显的缝隙。

对
于人造卫星来说，范艾伦
辐射带的影响是巨大的，
会干扰诸多仪器的正常运
行，甚至会造成损坏。

所
以卫星轨道高度的选择，
以及在太阳活动高峰期对
仪器的保护都是要提前考
虑到的。

探险者1 1号卫星
美国的探险者11号卫星（上 图）是世界上第一个配备了 y射 线望远镜的卫星，标志着y射线 天文学的开端。

1961年4月27日，“探险者M号”由朱诺I I型火 箭发射升空（下图 >,轨道高度 300公里x1100公里。

它携带有 夹层闪烁探测器和切伦科夫计数 器，用来测量高能y射线的能量 和来源方向。

但由于入轨高度高 于计划的轨道高度，“探险者11 号”受到了范艾伦辐射带的干扰，7个月间只有141个小时的有效 观测时段，直到11月17曰，“探 险者11号”才第一次，同时也是 最后一次传回数据，它一共探测 到了 22次y射线事件。

太空探索I【图解航天史1
质子号卫星
1965年7月"16曰，苏联的质
子1号卫星成功升空，进入183公里
x589公里的绕地轨道，在轨时间接
近3个月。

质子1号卫星由切洛梅设
计局设计制造，目标是对空间高能粒
子进行探测研究。

此后至1968年的3
年间，苏联又陆续发射了3颗质子号
卫星，最后1颗为“质子4号”，它
的在轨时间长达250天。

质子号高能
粒子探测任务于1969年全部结束，
但“质子号”的名字却继承了下来，
未来的质子号运载火箭，其知名度远
远盖过了质子号卫星。

小型天文卫星2号
小型天文卫星2号也被称为SAS-2或者探险者48号，是美国
宇航局的一台Y射线望远镜，1972年11月15日从位于肯尼亚马
林迪海岸外的圣马可发射平台升空，进入443公里x632公里的近
赤道轨道。

SAS-2整体呈圆柱形，直径为59厘米、高135厘米，
有4个太阳能电池板。

SAS-2主要目标是探测能量范围在20MeV至
300MeV之间的来自于银河系及河外星系的y射线辐射的空间和能
量分布。

探测仪器由一台闪烁探测器、一台火花室以及_台带电粒
子探测望远镜组成。

SAS-2正常运行到1973年6月8日，它最大的
发现是杰敏卡y射线源。

杰敏卡7射线源
杰敏卡y射线源的英文名为Geminga,由其所在星座双子座Gemini和y
射线源gamma-raysource两个词组合而成。

“杰敏卡”距离我们约815光年，
在SAS-2发现它之后的20年里尚无法得知它到底是什么天体，直到1991年，
R0SAT卫星探测到了它在软X射线波段具有0.237秒的辐射周期，证明它是_颗
中子星，是大约30万年前一颗大质量恒星发生超新星爆发后核心坍缩而成。

图为
“杰敏卡”相对于银道坐标的位置。

【图解航天史I丨太空探索
C O S-B B星
COS-B卫星是欧洲航天研究组织的第一个宇宙y射线源研究项目，于20世纪60年代中期提出，并于1969年得到批准。

COS-B卫星于1975年8月9日从范登堡空军基地由德尔塔2913火箭发射升空。

该卫星 共在轨运行了 6年多，超出计划4年，使天体的y射线数据量增加了 25倍。

COS-B卫星的探测能量范围在70MeV至5GeV之间，其科学成果被总结 为2C G星表，其中包括25个y射线源。

根据其成果还绘制了银河系的 y射线辐射图。

H E A O-3天文台
HEAO-3天文台是美国宇航局高能天文观测台3个探测器中的最后1个，前两个都是以X射线为主要观测 波段。

“HEAO-3”于1979年9月20曰从卡纳维拉尔角空军基地发射升 空，轨道高度486公里x505公里，倾角43.6° ,公转周期为94.5分钟。

“HEAO-3”的主要工作模式是巡天观 测，约20分钟自转一周，自转轴指 向太阳。

“HEAO-3”携带的探测器名为“C-1”，可以在硬X射线和低能y射线波段工作，目标是寻找来自 于恒星、星系及星际介质中正电子湮 没产生的能量为511ke V的y射线辐 射，星际介质中宇宙线相互作用产生 的y射线辐射等。

“HEAO-3”运行 至1981年12月7曰。

责任编辑：薛滔。