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錢德拉x射線天文臺是美國宇航局的望遠鏡，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，天文臺幫助科學家們瞥見了宇宙的運行。它觀察到星系碰撞，觀察到黑洞與宇宙的颶風，還觀察到超新星在爆炸后內部翻轉。該望遠鏡與哈勃太空望遠鏡、斯皮策太空望遠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，同時也是該機構的公關工具，NASA經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，盡管科學上的解釋完全不同。 發(fā)展中錢德勒x射線天文學特別具有挑戰(zhàn)性，因為需要離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家里卡多·賈科尼(Riccardo Giacconi)和他的團隊將一枚裝有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。根據他的設計，美國宇航局發(fā)射了第一架x射線望遠鏡: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。他的團隊的另一個想法——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射線望遠鏡。
Giacconi現(xiàn)在是x射線天文學的權威，與史密森學會的Harvey Tananbaum合作，提出了一個更強大的天文臺。被稱為先進的x射線天體物理學設備，它的目標是拍攝“高分辨率的x射線源圖像和光譜”。該望遠鏡于1976年首次提出。這項工作在20世紀80年代開始，望遠鏡在1992年進行了重新配置(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發(fā)射。發(fā)射前不久，該望遠鏡以諾貝爾獎得主、天體物理學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的有效載荷艙內發(fā)射，這是航天飛機有史以來發(fā)射的最大的衛(wèi)星。 就在哥倫比亞號到達太空的8個小時后，錢德拉離開了航天飛機的遮蔽處，用火箭飛離?？刂迫藛T在接下來的幾天里對錢德拉的軌道做了一些調整。當最后確定的時候，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52個小時，直到失去目標。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)在仍然擔任這個職位。 第一束光后的目標1999年8月中旬，錢德拉第一次將望遠鏡對準太空。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，錢德拉已經在探究仙后座A的歷史，科學家可以看到中子星或黑洞靠近中心的證據，同年晚些時候，天文學家在《天體物理學雜志快報》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;當這些元素融合的時候，恒星的溫度在爆炸前達到了數十億華氏度。錢德拉早期的另一個目標是蟹狀星云，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，但這個環(huán)卻是全新的。它應該告訴我們很多關于脈沖星的能量是如何進入星云的，這就像找到發(fā)電廠和燈泡之間的傳輸線。 黑洞開端在運作的第二年，錢德拉開始大步前進。關于望遠鏡的研究，經常有更新的報道: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。該望遠鏡還開始了一系列有關黑洞的發(fā)現(xiàn)。它發(fā)現(xiàn)了一個2型類星體黑洞的證據，它在之前隱藏黑洞存在的厚物質層后面散發(fā)出x射線。后來科學家宣布在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化階段。M82的黑洞將至少500個太陽的質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。 可能的暗物質和其他發(fā)現(xiàn)天文學家一直在尋找“暗物質”，人們相信“暗物質”實際上是構成宇宙大部分的無形物質。到目前為止只能通過引力探測到它。2006年一組天文學家使用錢德拉望遠鏡觀察了1E0657-56星系團，該星系團包含了來自星系團碰撞的氣體。錢德拉的觀測結果與其他幾個天文臺的觀測結果相結合。研究人員研究了星系團對引力透鏡的影響，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，正常物質和暗物質被撕裂。在暗物質搜尋仍在繼續(xù)的同時，錢德拉已經被用來尋找其他丟失的物質。2010年研究人員利用錢德拉望遠鏡和歐洲航天局(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。 科學家們發(fā)現(xiàn)了重子的證據，重子是電子、質子和其他組成物質的粒子，這些物質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。當科學家們繼續(xù)探索物質的本質時，錢德拉繼續(xù)制造出驚人的圖片，同時也揭示了宇宙的結構。這些照片包括對行星狀星云和快速增長的星系群的調查，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量黑洞的破紀錄爆發(fā)，該黑洞被稱為人馬座a *或Sgr a *。當時天文學家正在觀察Sgr A*如何對當時被懷疑是氣體云的物質做出反應，但后來被確定為圍繞著致密物體的氣體云。雖然G2并沒有產生科學家們所希望的煙火，但科學家們確實發(fā)現(xiàn)了一個比黑洞正常的靜止狀態(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。另一種理論認為，G2內部的磁場線在流向Sgr A*時變得紊亂。磁場線偶爾的重構會產生明亮的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生的高能光脈沖的幾臺儀器之一。美國國家科學基金會(National Science Foundation)激光干涉引力波天文臺(LIGO)的觀測發(fā)現(xiàn)了與撞擊有關的引力波，這促使科學家們尋找爆炸余波的跡象。 美國宇航局天體物理學部門主任保羅·赫茲(Paul Hertz)在一份聲明中說：這是一門非常令人興奮的科學?，F(xiàn)在我們第一次看到光和引力波是由同樣的事件產生的。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節(jié)。許多天文臺的研究產生的乘數效應令人難以置信。錢德拉甚至幫助人類準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10年的研究結果。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)等項目的目標，該項目旨在向該系統(tǒng)發(fā)射一群納米粒子，以尋找潛在生命。錢德拉的數據顯示，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，因為在它們的任何一個行星上，都有可能存在生命，從而能夠經受住來自恒星的輻射，錢德拉告訴我們，生命應該在這兩顆恒星周圍的行星上有戰(zhàn)斗的機會。錢德拉的使命原本預計將持續(xù)五年，然后延長至至少10年，但經過18年多的運作后，它仍將保持強勁勢頭。在2010年接受Space.com采訪時，錢德拉的經理兼飛行主管羅杰·布里森登(Roger Brissenden)表示，這款設備擁有足夠的動力和推進系統(tǒng)儲備，可以持續(xù)到“至少2018年”。幾十年的燃料已經足夠了，20年的任務將觸手可及。 博科園-科學科普｜文：Elizabeth Howell/Space |
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