借Ｘ射线看宇宙奥秘<%=id%>

宇宙空间是个充满了剧烈活动的场所：恒星接二连三地*，在它们巨大的中心里不停地释放各种元素。星系互相碰撞，又分崩离析，温度高达几百万摄氏度，物质被能量强大的巨型黑洞无情地吞没。这些景象只有在地球大气层之外的有利位置上，借助于高能Ｘ射线才能看到。
　　令人欣慰的是，美国计划于1999年4月在太空部署一部轨道Ｘ射线高技术望远镜。这部望远镜耗资1.3亿美元，使人们经过20年努力的结晶，被称为“昌德拉”望远镜。
    如果一切顺利，在由“哥伦比亚”号航天飞机送入近地轨道之后，这部重5吨、长13.8米的望远镜将为Ｘ射线天文学家们提供一件史无前例的工具。其图像清晰度将达到过去那些Ｘ射线望远镜的25倍，灵敏度提高50～100倍，频谱范围提高1倍，而且空间分辨率是过去送入太空的Ｘ射线望远镜的4倍，它所具备的1.5弧秒分辨率，相当于从3000米之外能分辨出两枚并排放置的人民币1分硬币的能力。
    望远镜的这些性能使得天文学家们可以仔细观察那些令人眩目的奇异景象，如超高密度的中子星、巨大的黑洞等。Ｘ射线望远镜能帮助人们探测宇宙中令人困惑的暗物质，这种暗物质是由于引力作用将某些星系或星系群中发射Ｘ射线的极高湿气体浓缩在一起形成的。借助Ｘ射线，科学家们还能看到并测得星系群中热气体云团的详细情况，从而推算出宇宙更恰当的年龄与大小。天文学家也能观察到在黑洞周围的恒星被巨大的引力撕成碎块的情形，这部望远镜帮助它们弄清*的恒星是怎样生成和散发出新的太阳系及其生命不可缺少的各种元素的。
    正如该项目负责人维斯科普夫所说的，“昌德拉”望远镜对于黑洞周围的强磁场及其他现象的研究有可能改写物理教科书。他说：“当观察能力有了突破性进展时，这种情况是可能发生的。”
    1990年，美国航空航天局发射了哈勃太空望远镜；1991年，它又发射了坎普顿γ射线观测器。”“昌德拉”望远镜作为第三个巨型观测器将把前两者的电磁频谱连接起来。该望远镜的名字“昌德拉”来自美国芝加哥大学已故诺贝尔奖获得者苏布拉马尼杨·昌德拉塞卡德爱称。美国航空航天局官员丹尼尔·戈尔丁说：“昌德拉塞卡为‘昌德拉’Ｘ射线望远镜所要研究的黑洞等现象奠定了理论基础。”
    1895年，德国物理学家威廉·伦琴首次发现了Ｘ射线的光量子，也称光子。同人眼所能感受到的光子相比，这种光子的能量要高出千百倍。产生Ｘ射线需要高达上百万摄氏度的温度，但射线到达不了地球表面，因为地球的大气层太厚，Ｘ射线无法通过。
    直到70年代初，美国航空航天局发射了“乌鲁”卫星后，美国的天文学家才开始进行Ｘ射线观测。这个观测站为天文学家们提供了黑洞的第一个证据，他们“看”到了像沸腾的气体一样的暗物质。随后建造的“爱因斯坦观测站”Ｘ射线望远镜在1978年～1981年间的成功使用以及取得的大量研究成果，使得空间物理学家们觉得需要有一台能力更强大的Ｘ射线观测站。于是，“昌德拉”望远镜计划诞生了。
    “昌德拉”望远镜将携带大量观测设备。其中包括两台观察仪，一台是高分辨率照相机，可以拍摄Ｘ射线的图像；另一台是用于化学和温度分析的图像摄谱仪。
    照相机是由6900万个细小的氧化铝玻璃管组成的，整个横截面面积为103平方厘米。玻璃管长仅0.13厘米，管径只有头发丝的1/8。当Ｘ射线射到管子上时，就会释放出电子。高电压使电子加速进到管子里，随后电子形成由约三千多万个电子组成的“电子云”。管子后端带电的栅极给电子流导向，并可精确测出Ｘ射线的初始位置。这部照相机特别是和拍摄高温物质和星团，以及识别微弱的Ｘ射线源。
    图像摄谱仪能记录Ｘ射线的位置和多达50个不同的“颜色”（能级），这些图像能显示天体的温度和化学特征。摄谱仪采用10个类似于家庭录像机或数字相机上用的那些电荷耦合器件（CCD）阵列。它将用于研究当星际空间大片热气云穿过这些Ｘ射线源时温度的变化。
    为了更好地测定入射Ｘ射线的颜色与位置，将在照相机或摄谱仪的镜面和焦平面之间安装两个金质的像屏幕一样的光栅。这些光栅能根据入射Ｘ射线能量的多少改变入射Ｘ射线的方向。维斯科普夫说：“利用光栅能非常准确地测量能量值。它就像一个邮递员，能按正确的邮政编码传递邮件一样。”此外，还安装了一部记录器，它能存储望远镜收集的数据，并且每8小时向深空网地面接收站传送1次。
    这部望远镜在外形上的另一个特别之处是它的4个圆柱状反光镜，它们是迄今所造的最大、最平的反光镜，耗时6年才制成。工程师凯瑟琳·雷普说：“尘埃在镜面上的每一个撞伤或污迹都会阻挡或吸收Ｘ射线，使它无法进入探测器。”因此，镜面所容许的最大撞伤在3埃左右，相当于3个氢原子堆在一起的大小。它们洁净得相当于一块像计算机屏幕大小的面积上只有1粒尘埃。
    “昌德拉”望远镜的反光镜是由美国柯达公司调校的。这是一个非常大、非常灵敏的空间照相机，它的灵敏度有多高？看一看它的调校要求便可知。首先，当反光镜经调校并用环氧树脂固定到位后，必须把它存放在微粒洁净度比操作间高100倍的房间中。为了防污染，每个镜片在安装前必须烘烤到49～60摄氏度。一次只允许3个人在室内工作20分钟，因为体温会影响调校，完全调好的精度可达1.3微米，即人头发丝直径的1/50。调校好后，在美国航空航天局马歇尔空间飞行中心的Ｘ射线校准设施中进行的试验表明，它所拍出的图像的清晰度是过去的Ｘ射线望远镜的25倍。以次分辨率足可以在800米外阅读报纸。
    “昌德拉”望远镜由美国TRW集团负责总装，然后进行振动试验和烘烤试验以模拟发射时4g的过载和轨道上冷热悬殊的温度环境。据TRW集团负责望远镜计划的经理斯科特·特克斯特介绍：“‘昌的拉’望远镜不光是部件先进，同时它还可能是我们发射过的最先进的卫星。”其上装有用石墨氰酸盐复合材料所制造的部件，这种材料的重量只有铝的60%，弹性系数和钛一样，且有钢一样的强度。
    “昌德拉”和哈勃望远镜不同，当哈勃望远镜出了故障时可由乘航天飞机进行太空行走的宇航员们对它进行维修，而“昌德拉”的轨道高度为月地距离的1/3，这是航天员所无法到达的。所以维斯科普夫说：“这既是好事也是坏事。”从有利的方面讲，不必考虑部署后的维修保养问题，这就降低了成本，而且高轨道使得望远镜看得更远，还避开了地球干扰辐射带。从不利的方面讲，如果出了故障，我们就惨了。
    “昌德拉”望远镜原计划于1998年底前发射升空，但实际上一些试验要到1999年春天才可能完成，因为有些活动比预计时间长，例如，由于深空网地面站的技师通信指令够不到“昌德拉”，所以它自己必须有复杂的软件，它必须保持其观测方向所需的轨迹，并尽可能地修正出现的异常。测试这些软件多花了许多时间。科学家说，如果一切顺利，这台望远镜能在太空工作5年～10年。它将让科学家们从充满强烈Ｘ射线的天空中“看”到更多的宇宙奥秘。　

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