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錢德拉x射線天文臺是美國宇航局的望遠(yuǎn)鏡，用來觀察黑洞、類星體、超新星等等——宇宙中所有的高能量來源。它展示了人類肉眼看不到的宇宙的一面。在服役十多年后，天文臺幫助科學(xué)家們瞥見了宇宙的運(yùn)行。它觀察到星系碰撞，觀察到黑洞與宇宙的颶風(fēng)，還觀察到超新星在爆炸后內(nèi)部翻轉(zhuǎn)。該望遠(yuǎn)鏡與哈勃太空望遠(yuǎn)鏡、斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡和康普頓伽馬射線天文臺一起被宣傳為美國宇航局的一個大型天文臺，同時也是該機(jī)構(gòu)的公關(guān)工具，NASA經(jīng)常在新聞稿中使用它的照片。錢德拉的一幅更值得注意的圖片是一個宇宙“手”伸向一個明亮的星云，盡管科學(xué)上的解釋完全不同。 發(fā)展中錢德勒x射線天文學(xué)特別具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)樾枰x開地球的大氣層去觀察射線。第一次x射線觀測是短暫的，在幾分鐘的火箭飛行中進(jìn)行，或者可能在平流層的氣球中停留幾個小時。1962年意大利裔美國天文學(xué)家里卡多·賈科尼(Riccardo Giacconi)和他的團(tuán)隊(duì)將一枚裝有x射線探測器的火箭送入太空，并發(fā)現(xiàn)了恒星x射線的第一個來源，賈科尼自然渴望做更多的研究。根據(jù)他的設(shè)計(jì)，美國宇航局發(fā)射了第一架x射線望遠(yuǎn)鏡:Uhuru，也被稱為小型天文衛(wèi)星-1。它在軌道上停留了兩年多，發(fā)現(xiàn)了黑洞的第一個跡象。他的團(tuán)隊(duì)的另一個想法——愛因斯坦天文臺——從1978年飛到了1981年。這是第一個可以拍照的x射線望遠(yuǎn)鏡。
Giacconi現(xiàn)在是x射線天文學(xué)的權(quán)威，與史密森學(xué)會的Harvey Tananbaum合作，提出了一個更強(qiáng)大的天文臺。被稱為先進(jìn)的x射線天體物理學(xué)設(shè)備，它的目標(biāo)是拍攝“高分辨率的x射線源圖像和光譜”。該望遠(yuǎn)鏡于1976年首次提出。這項(xiàng)工作在20世紀(jì)80年代開始，望遠(yuǎn)鏡在1992年進(jìn)行了重新配置(通過減少鏡子和儀器)，以節(jié)省資金并使其適合于航天飛機(jī)發(fā)射。發(fā)射前不久，該望遠(yuǎn)鏡以諾貝爾獎得主、天體物理學(xué)家錢德拉塞卡命名為“錢德拉”。錢德拉于1999年7月23日從哥倫比亞號航天飛機(jī)的有效載荷艙內(nèi)發(fā)射，這是航天飛機(jī)有史以來發(fā)射的最大的衛(wèi)星。 就在哥倫比亞號到達(dá)太空的8個小時后，錢德拉離開了航天飛機(jī)的遮蔽處，用火箭飛離。控制人員在接下來的幾天里對錢德拉的軌道做了一些調(diào)整。當(dāng)最后確定的時候，錢德拉是在一個環(huán)繞地球的橢圓形軌道上，從大約9,940英里(1.6萬公里)到82,650英里(13.3萬公里)。在天頂，錢德拉距離地球到月球的距離約為三分之一。這使得它可以觀察長達(dá)52個小時，直到失去目標(biāo)。至于長期以來的錢德拉冠軍賈可尼呢?2002年，他因在x射線天文學(xué)方面的開創(chuàng)性工作而獲得諾貝爾獎。他的同事Tananbaum在1991年成為錢德拉x光中心的主任，他現(xiàn)在仍然擔(dān)任這個職位。 第一束光后的目標(biāo)1999年8月中旬，錢德拉第一次將望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)太空。它的第一張照片是仙后座A，它是一顆恒星的殘骸，它在1572年由第谷·布瑞爾所見證的一顆超新星爆炸。畫面很美，但更重要的是，錢德拉已經(jīng)在探究仙后座A的歷史，科學(xué)家可以看到中子星或黑洞靠近中心的證據(jù)，同年晚些時候，天文學(xué)家在《天體物理學(xué)雜志快報》上發(fā)表了一篇論文，討論在圍繞著這顆恒星的氣體中發(fā)現(xiàn)的錢德拉元素。
美國宇航局的錢德拉x射線天文臺漂浮在太空中。圖片：NASA/CXC 這些發(fā)現(xiàn)包括從恒星內(nèi)部噴發(fā)出來的硫、硅和鐵。恒星傾向于在它們的生命早期燃燒它們的氫和氦;當(dāng)這些元素融合的時候，恒星的溫度在爆炸前達(dá)到了數(shù)十億華氏度。錢德拉早期的另一個目標(biāo)是蟹狀星云，它第一次顯示了在星云中心圍繞脈沖星的圓環(huán)。在此之前，哈勃曾探測到中子周圍的物質(zhì)，但這個環(huán)卻是全新的。它應(yīng)該告訴我們很多關(guān)于脈沖星的能量是如何進(jìn)入星云的，這就像找到發(fā)電廠和燈泡之間的傳輸線。 黑洞開端在運(yùn)作的第二年，錢德拉開始大步前進(jìn)。關(guān)于望遠(yuǎn)鏡的研究，經(jīng)常有更新的報道:嵌入獵戶座星云的x射線輻射恒星，通過吞并鄰近星系而成長的星系，以及嬰兒恒星的證據(jù)。該望遠(yuǎn)鏡還開始了一系列有關(guān)黑洞的發(fā)現(xiàn)。它發(fā)現(xiàn)了一個2型類星體黑洞的證據(jù)，它在之前隱藏黑洞存在的厚物質(zhì)層后面散發(fā)出x射線。后來科學(xué)家宣布在M82星系中可能存在一種新的黑洞。通過8個月的觀察，科學(xué)家們表示，黑洞可以代表由恒星形成的小黑洞和隱藏在星系中心的大得多的大得多的黑洞之間的進(jìn)化階段。M82的黑洞將至少500個太陽的質(zhì)量壓縮到一個與月球差不多大小的區(qū)域。這樣一個黑洞的形成需要極端的條件，比如‘超級巨星’的崩潰或者大量黑洞的合并。 可能的暗物質(zhì)和其他發(fā)現(xiàn)天文學(xué)家一直在尋找“暗物質(zhì)”，人們相信“暗物質(zhì)”實(shí)際上是構(gòu)成宇宙大部分的無形物質(zhì)。到目前為止只能通過引力探測到它。2006年一組天文學(xué)家使用錢德拉望遠(yuǎn)鏡觀察了1E0657-56星系團(tuán)，該星系團(tuán)包含了來自星系團(tuán)碰撞的氣體。錢德拉的觀測結(jié)果與其他幾個天文臺的觀測結(jié)果相結(jié)合。研究人員研究了星系團(tuán)對引力透鏡的影響，這是已知的引力扭曲背景星系光線的方式。他們對重力的觀察表明，在星系碰撞過程中，正常物質(zhì)和暗物質(zhì)被撕裂。在暗物質(zhì)搜尋仍在繼續(xù)的同時，錢德拉已經(jīng)被用來尋找其他丟失的物質(zhì)。2010年研究人員利用錢德拉望遠(yuǎn)鏡和歐洲航天局(European Space Agency)的xmm -牛頓天文臺(XMM-Newton observatory)探測了一個氣藏，氣藏位于距離地球約4億光年的星系壁上。 科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了重子的證據(jù)，重子是電子、質(zhì)子和其他組成物質(zhì)的粒子，這些物質(zhì)在我們的宇宙中隨處可見。研究人員懷疑氣體中含有大量的這種物質(zhì)。當(dāng)科學(xué)家們繼續(xù)探索物質(zhì)的本質(zhì)時，錢德拉繼續(xù)制造出驚人的圖片，同時也揭示了宇宙的結(jié)構(gòu)。這些照片包括對行星狀星云和快速增長的星系群的調(diào)查，以及在大麥哲倫星云中發(fā)現(xiàn)的“超級氣泡”。2013年錢德拉探測到銀河系超大質(zhì)量黑洞的破紀(jì)錄爆發(fā)，該黑洞被稱為人馬座a *或Sgr a *。當(dāng)時天文學(xué)家正在觀察Sgr A*如何對當(dāng)時被懷疑是氣體云的物質(zhì)做出反應(yīng)，但后來被確定為圍繞著致密物體的氣體云。雖然G2并沒有產(chǎn)生科學(xué)家們所希望的煙火，但科學(xué)家們確實(shí)發(fā)現(xiàn)了一個比黑洞正常的靜止?fàn)顟B(tài)還要亮400倍的巨型耀斑，比先前的記錄保持者要亮3倍。 馬薩諸塞州劍橋市麻省理工學(xué)院的弗雷德·巴格諾夫在一份聲明中說：如果一顆小行星被撕裂，它會在黑洞周圍轉(zhuǎn)上幾個小時，就像水環(huán)繞著一個開放的排水溝一樣。”“這就是我們看到最明亮的x射線耀斑持續(xù)的時間，這是我們需要考慮的一個有趣的線索。另一種理論認(rèn)為，G2內(nèi)部的磁場線在流向Sgr A*時變得紊亂。磁場線偶爾的重構(gòu)會產(chǎn)生明亮的x射線爆發(fā)，就像太陽上的磁耀斑一樣。在2017年，錢德拉是接收到兩顆合并的中子星爆炸產(chǎn)生的高能光脈沖的幾臺儀器之一。美國國家科學(xué)基金會(National Science Foundation)激光干涉引力波天文臺(LIGO)的觀測發(fā)現(xiàn)了與撞擊有關(guān)的引力波，這促使科學(xué)家們尋找爆炸余波的跡象。 美國宇航局天體物理學(xué)部門主任保羅·赫茲(Paul Hertz)在一份聲明中說：這是一門非常令人興奮的科學(xué)。現(xiàn)在我們第一次看到光和引力波是由同樣的事件產(chǎn)生的。對引力波光源的探測揭示了無法由引力波決定的事件的細(xì)節(jié)。許多天文臺的研究產(chǎn)生的乘數(shù)效應(yīng)令人難以置信。錢德拉甚至幫助人類準(zhǔn)備前往其他星系的航行。2018年，錢德拉宣布了對半人馬座阿爾法星系(Alpha Centauri)長達(dá)10年的研究結(jié)果。半人馬座阿爾法星系是距離太陽最近的恒星系統(tǒng)。三顆恒星系統(tǒng)距離地球僅4光年，是“突破之星”(Breakthrough Starshot)等項(xiàng)目的目標(biāo)，該項(xiàng)目旨在向該系統(tǒng)發(fā)射一群納米粒子，以尋找潛在生命。錢德拉的數(shù)據(jù)顯示，半人馬座阿爾法星A周圍的x射線轟擊略好于太陽，而半人馬座阿爾法星B周圍的x射線轟擊略差。 科羅拉多大學(xué)博爾德分校(University of Colorado Boulder)的研究人員湯姆·艾爾斯(Tom Ayres)在一份聲明中說：這對阿爾法Cen AB來說是個好消息，因?yàn)樵谒鼈兊娜魏我粋€行星上，都有可能存在生命，從而能夠經(jīng)受住來自恒星的輻射，錢德拉告訴我們，生命應(yīng)該在這兩顆恒星周圍的行星上有戰(zhàn)斗的機(jī)會。錢德拉的使命原本預(yù)計(jì)將持續(xù)五年，然后延長至至少10年，但經(jīng)過18年多的運(yùn)作后，它仍將保持強(qiáng)勁勢頭。在2010年接受Space.com采訪時，錢德拉的經(jīng)理兼飛行主管羅杰·布里森登(Roger Brissenden)表示，這款設(shè)備擁有足夠的動力和推進(jìn)系統(tǒng)儲備，可以持續(xù)到“至少2018年”。幾十年的燃料已經(jīng)足夠了，20年的任務(wù)將觸手可及。 博科園-科學(xué)科普｜文：Elizabeth Howell/Space |
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