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錢德拉太空望遠鏡

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美國哥倫比亞號太空梭1999年7月23日升空,把錢德拉X射線太空望遠鏡(Chandra X-ray Observatory)送到了太空。這一空間天文望遠鏡將幫助天文學家搜尋宇宙中的黑洞和暗物質,從而更深入地了解宇宙的起源和演化過程。

1 錢德拉太空望遠鏡 -簡介

錢德拉太空望遠鏡錢德拉太空望遠鏡
錢德拉太空望遠鏡原稱高級X射線天體物理學設施(AXAF),后改以印裔美籍天體物理學家錢德拉錫卡(Chandrasekhar)的名字來為其命名。錢德拉錫卡30年代移居美國,1983年因對恆星結構與演化的研究成果而獲諾貝爾獎,1995年去世。「錢德拉」是朋友和同事對他的稱呼,梵語有「月亮」和「照耀」的意思。

錢德拉望遠鏡是美國航宇局NASA「大天文台」系列空間天文觀測衛星中的第三顆。該系列共由4顆衛星組成,其中康普頓(Compton)伽馬射線觀測台和哈勃太空望遠鏡(HST)已分別在1990和1991年發射升空,另一顆衛星稱為太空紅外望遠鏡設施(SIRTF),也就是斯皮策太空望遠鏡,於2003年發射成功。

2 錢德拉太空望遠鏡 -原理

錢德拉太空望遠鏡拍到的照片
在軌道上運行的光學望遠鏡哈勃太空望遠鏡觀測可見光,而在另一軌道上的「錢德拉」則捕捉X射線。錢德拉X射線太空望遠鏡是為了觀察來自宇宙最熱的區域的X射線而設計的。與可見光的光子相比,X射線更具能量,而且就像子彈一樣能夠穿透光學望遠鏡所使用的拋物面鏡。但是當它掠過鏡子表面的時候就會像子彈一樣改變方向。為此,錢德拉X射線太空望遠鏡有4副鏡子(4個拋物面鏡,4個雙曲面鏡),這些鏡子像「漏斗」一樣把X光集中到高性質照相機內。鏡子的製作精度達到了空前的高度:光學系統的兩端間的距離是2.7米,誤差為1.3×10-6米(一根頭髮絲的1/5)。錢德拉X射線太空望遠鏡上面的儀器在測量X射線的能量的同時還能夠擔出高清晰度的照片。另外,瞄準系統的精度也非常高,能夠瞄準1公里以外的雞蛋大小的物體,誤差為3毫米。

錢德拉望遠鏡的造價高達15.5億美元之巨,加上太空梭發射和在軌運行費用,項目總成本高達28億美元。它是迄今為止人類建造的最為先進、也最為複雜的太空望遠鏡,被譽為「X射線領域內的哈勃」。

3 錢德拉太空望遠鏡 -技術

在此之前,人類曾發射過小一些的X射線望遠鏡。與它們相比,錢德拉的靈敏度要高出20~50倍。除解析度高外,它還具有集光能力強和成像的能量範圍廣等特點,並能精確地把光譜分解成不同的能量成分。它所獲得的高能X射線數據將彌補康普頓和哈勃兩顆天文觀測衛星在電磁頻譜的其它區域中獲得的數據,加深人類對黑洞、碰撞星系和超新星遺迹的了解。

錢德拉望遠鏡距地球最遠時的距離約為地球到月球的距離的三分之一。選用這種大橢圓軌道是為了有儘可能多的時間讓望遠鏡保持在地球的輻射帶之外,並避開在離地球很近處運行帶來的一些觀測上的限制。

錢德拉望遠鏡上裝有高解析度鏡面組件(HRMA)和8米長的光具座。用於觀測的主要儀器包括一台用於成像和光譜分析的電荷耦合裝置成像光譜儀、一台高解析度相機以及高能透射光柵和低能透射光柵等。該望遠鏡在研製中遇到的最大挑戰還是10米焦距X射線望遠鏡的研製,尤其是反射鏡製造、無形變安裝系統的研製以及鏡面精確准直性的保持,難度極高。
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