X射线天文学

X射线天文学是通过X射线波段(波长0.01～100埃的电磁辐射)研究天体的一门学科。

　　因为天体的 X射线会受到地球大气的严重阻碍，所以主要利用卫星进行探测。因此，虽然 X射线的探测始于二十世纪四十年代，但是成为一门学科，则是人造地球卫星上天以后的事。

　　早期的观测工作集中于太阳的研究。自从1962年6月18日美国麻省理工学院研究小组第一次发现来自天蝎座方向的强大 X射线源以后，非太阳 X射线天文学进入一个新的发展阶段。七十年代以来，发射了专门研究 X射线的天文卫星，观测到许多先前不知道的宇宙 X射线源，使X射线源的数目从十几个猛增到一千多个。

　　太阳 X射线的探测，主要弄清了它的三个成分：日冕高温等离子体的连续辐射和其他谱线辐射，构成了 X辐射宁静成分；温度在百万度以上的日冕凝聚区的超热等离子体所产生的辐射，构成 X辐射的缓变成分，在日面上呈现为 X射线亮斑。太阳活动区所产生的X射线爆发，构成了X辐射突变成分。在日面上呈现为 X射线耀斑。

　　过去几年，太阳 X射线测量的一个重要方面，是探测 X射线爆发的能谱和偏振。着重于研究耀斑脉冲阶段的高能天体物理过程，如高能粒子的起源、传输、能量的转化以及发射的性质等等。目前已初步确立了X射线辐射源的模型，这对耀斑物理的研究有重要价值。另外，已经研究清楚，太阳X射线在形成地球电离层的过程中起重要作用。

　　X射线望远镜已具有角秒量级的高分辨本领，这就为深入研究太阳现象创造了条件。X射线耀斑和X射线亮斑的发现大大增进对太阳活动区的研究和认识。而X射线冕洞的发现，更是太阳物理学的一项重大成果。现在已经查明，X射线冕洞就是高速太阳风的风源，也就是日地关系研究中长期没有弄清楚的M区。冕洞物理提出了许多有价值的课题，如冕洞的形成，高速太阳风源的成因等，特别是冕洞的刚性转动倾向迄今还未找到满意的解答。

　　十多年来，非太阳X射线天文学发展特别迅速，取得重大的突破。在已发现的X射线源中，有多种不同类型的客体，而目前只有少量得到确切的光学证认。在星系和星系团中的强射电星系(如室女座A等)和活动的塞佛特星系等均为著名的X射线源。作为河内的展源，超新星遗迹(如蟹状星云、仙后座A等)也是一类重要的X射线源。有些X射线源，光学证认为双星的成员星，如半人马座X-3、武仙座X-1、天蝎座X-1、天鹅座X-1等等，它们的成员星之一是X射线星。按照现代X射线双星理论，猜想这种X射线星是中子星或黑洞。

　　大量射电脉冲星的发现，诱导人们去探索X射线脉冲星的存在。随着新的探测技术的发展，已有可能发现后一种脉冲星。1969年发现蟹状星云脉冲星PSR0532的X射线脉冲辐射，它和对应的光学脉冲几乎有完全相同的周期。后来又发现了其他类型的X射线脉冲星。这些发现对双星演化过程的研究很有价值。

　　X射线天文观测的另一类课题是关于弥漫X射线背景测量。几乎是各向同性的宇宙X射线背景辐射的发现，被认为是六十年代X射线天文学的重大成就之一。

　　1974年以后的几年中，英国“羚羊”5号及其他卫星，相继发现了宇宙X射线爆发和一批暂现X射线源，从而在宇宙中又揭示了一批前所未知的现象和新型 X射线源，这被公认为七十年代天文学的重大发现。这些过程所释放的能量之大，能量释放速度之快，贮能密度之高以及奇特的再现周期，迄今仍然是现代高能天体物理学的重大研究课题。

　　X射线天文学所采用的探测仪器随X射线光子能量不同而有所不同。探测软X射线用薄窗正比计数器，常用铍做窗材料，镀窗的密封性能好，能保证仪器工作稳定，但镀窗的厚度仍然限制着计数数器对更低能量X射线的灵敏度。探测极软X射线，要使用有机薄膜窗的计数器，但有机薄膜窗的气体密封性不好。近年来在空间探测中发展了一种自动调节的流气技术，保证计数器管内维持一定气压，使仪器的响应处于稳定可*状态，不过它的制造工艺和使用条件都较为复杂。

　　在非太阳X射线源的探测方面，为提高灵敏度，常常需要大面积的薄宙正比计数器。这种仪器的制造技术近年来发展较快。美国小型天文卫星“自由号”曾使用面积达840平方厘米、厚仅50微米的铍窗正比计数器。随着X射线能量的升高，正比计数器将失去作用，它的探测上限约为60千电子伏。更高能量的探测，则须用闪烁计数器。

　　正比计数器和闪烁计数器本身没有任何成像和定向功能。为了证认各种X射线源和精确定出它们在空中的方位，必须在计数器前部加上准直器。这种准直技术近几年发展特别迅速。目前广泛使用的准直器类型有丝栅型准直器、板条型准直器和蜂窝状准直器等。前者多用于软X射线波段，后两种用于硬X射线波段。此外，还有闪烁体构成的主动式准直器。

　　实验X射线天文学的一个突出成就，就是将掠射光学原理应用于X射线天文，使大面积X光聚焦成像技术成为现实，制成了真正有研究价值的高分辨本领的X射线望远镜。它提供了把X射线的探测区域扩大到更遥远的宇宙深处的可能性。

　　X射线天文学从诞生时起，在近二十年的短暂时间内发现了一系列前所未知的新型天体，获得光学天文和射电天文无法得到的天体信息，大大地扩展了天文学的研究领域。X射线天文学所显示的独特威力，使得它在当代空间天文学中处于特别重要的地位。