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紫外天文學(xué)（紫外天文學(xué)）

次瀏覽 | 更新時(shí)間：2023-05-16

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紫外天文學(xué)

通過(guò)電磁波的紫外線(xiàn)波段研究天體的一門(mén)學(xué)科。紫外線(xiàn)波段介于可見(jiàn)光和X射線(xiàn)之間，在100～4000埃范圍內(nèi)。

基本信息

外文名	ultra-violet astronomy
分類(lèi)	太陽(yáng)系、非太陽(yáng)系紫外天文學(xué)
定義	通過(guò)電磁波的紫外線(xiàn)波段研究天體的一門(mén)學(xué)科

簡(jiǎn)介

地球大氣對(duì)紫外線(xiàn)有吸收作用，對(duì)于波長(zhǎng)為2000～3000埃的紫外線(xiàn)，尚可用高度達(dá)50公里的氣球進(jìn)行觀(guān)測(cè)，如要觀(guān)測(cè)整個(gè)紫外波段就必須利用探測(cè)火箭和衛(wèi)星。在地球大氣外雖可對(duì)太陽(yáng)及其行星進(jìn)行整個(gè)紫外線(xiàn)波段的研究，但對(duì)太陽(yáng)系外天體的研究還受到星際氣體吸收的限制。氫原子的賴(lài)曼系限外的連續(xù)吸收，即使對(duì)非?？拷男求w也是很?chē)?yán)重的，所以紫外天文學(xué)的研究范圍實(shí)際上只限于 912～3000埃之間。觀(guān)測(cè)波段向紫外區(qū)擴(kuò)展的重要性是顯而易見(jiàn)的，因?yàn)橥ǔＴ氐闹行院碗婋x態(tài)的共振線(xiàn)，在紫外區(qū)要比可見(jiàn)光區(qū)豐富得多，而共振線(xiàn)對(duì)研究天體的物理狀態(tài)和化學(xué)組成是最為敏感的（見(jiàn)共振吸收）。

太陽(yáng)系紫外天文學(xué)　紫外研究的第一個(gè)天體是太陽(yáng)。太陽(yáng)紫外光譜中有許多高電離硅、氧、鐵等元素的譜線(xiàn)，為太陽(yáng)色球與日冕間過(guò)渡層和耀斑活動(dòng)的研究提供極有價(jià)值的信息（見(jiàn)太陽(yáng)紫外輻射）。由于許多原子和分子的共振線(xiàn)屬于紫外區(qū)，又由于在此波長(zhǎng)上分子的散射比起固體粒子的散射更為重要，因此通過(guò)對(duì)太陽(yáng)系內(nèi)的行星、彗星等天體的紫外光譜、反照率和散射的觀(guān)測(cè)，有助于確定它們大氣組成，從而建立大氣模型。

非太陽(yáng)系紫外天文學(xué)　紫外觀(guān)測(cè)對(duì)于早型星包括 O、B、A型星（見(jiàn)恒星光譜分類(lèi)）、白矮星和行星狀星云的中心星都是非常重要的，因?yàn)樗鼈冊(cè)谧贤鈪^(qū)有最強(qiáng)的輻射；對(duì)于晚型星包括F、G、K和M等型，其重要性和太陽(yáng)類(lèi)似，是研究恒星色球和星冕，尤其是二者之間的過(guò)渡層必不可少的手段（見(jiàn)恒星紫外輻射）。

紫外觀(guān)測(cè)對(duì)于星際物質(zhì)的研究有特殊意義。星際物質(zhì)包括星際塵埃（小固體粒子）和星際氣體兩部分。星際塵埃對(duì)不同波長(zhǎng)的星光有不同的消光作用，即產(chǎn)生所謂星際紅化。消光曲線(xiàn)對(duì)恒星天文和星際塵埃的研究都十分重要。消光曲線(xiàn)向紫外的擴(kuò)展已經(jīng)給我們以新的認(rèn)識(shí)。紫外區(qū)消光曲線(xiàn)的特點(diǎn)是在1/λ=4.6微米-1 (λ為波長(zhǎng)）附近有一相當(dāng)明顯的隆起；在1/λ=5.5～7.5微米-1 的范圍內(nèi)有相當(dāng)寬的極??；并且總的說(shuō)來(lái)是向遠(yuǎn)紫外很快上升的。這個(gè)觀(guān)測(cè)表明星際塵埃中含有直徑 100埃左右的石墨粒子。關(guān)于星際氣體，已有的資料主要來(lái)自可見(jiàn)光區(qū)中性鈉和電離鈣的共振線(xiàn)的星際吸收測(cè)量和中性氫21厘米譜線(xiàn)射電觀(guān)測(cè)。不少星際分子、原子和離子的共振線(xiàn)在紫外區(qū)，氫的賴(lài)曼系α譜線(xiàn)Lα就是一個(gè)例子。通過(guò)對(duì)早型星的Lα線(xiàn)星際吸收的測(cè)量，可確定星際氫原子分布，其精度比21厘米射電觀(guān)測(cè)為高，并且還可以作出氫與其他星際氣體成分含量的精確比較。還有許多星際氣體的譜線(xiàn)出現(xiàn)在紫外區(qū)，如CⅠ、CⅡ、NⅠ、NⅡ、OⅠ、SiⅡ等等。分子氫的賴(lài)曼帶處在波長(zhǎng)短于1108埃的紫外區(qū)，它在密的塵埃云中已被觀(guān)測(cè)到。又如一氧化碳也在紫外光譜中被找到，通過(guò)紫外觀(guān)測(cè)確定了12 C和13 C的比值。隨著望遠(yuǎn)鏡口徑和光譜色散的增大，紫外觀(guān)測(cè)一定會(huì)大大擴(kuò)充我們對(duì)星際氣體的成分和物態(tài)的認(rèn)識(shí)。

根據(jù)已有的認(rèn)識(shí)，不論正常星系或特殊星系，在紫外區(qū)都會(huì)有強(qiáng)的輻射。由于星系的輻射有較大紅移，因此它們的紫外線(xiàn)可避開(kāi)星際氫對(duì)Lα線(xiàn)的嚴(yán)重吸收，并打破短于 912埃的禁區(qū)而提供重要的信息。星系紫外研究不僅能增進(jìn)對(duì)星系物態(tài)的認(rèn)識(shí)，并可以延伸其紅移的測(cè)量。紫外觀(guān)測(cè)表明，星系在紫外區(qū)有較大的紫外色余,可能是存在較多的熱星的緣故。星系的研究需要有較大的望遠(yuǎn)鏡，因而星系的紫外研究是紫外天文學(xué)下一階段的任務(wù)。

紫外探測(cè)設(shè)備　目前紫外天文學(xué)在研究對(duì)象上和研究課題上都是同傳統(tǒng)的光學(xué)天文學(xué)密切配合的，實(shí)質(zhì)上是波段范圍向紫外的自然延伸。紫外天文學(xué)在方法和技術(shù)上與傳統(tǒng)的天文光學(xué)也很相似。紫外天文學(xué)除了與空間天文學(xué)一樣對(duì)火箭、衛(wèi)星等技術(shù)有共同的要求外，還要求有較大的望遠(yuǎn)鏡(除太陽(yáng)的低分辨率光度測(cè)量外)和望遠(yuǎn)鏡終端設(shè)備。當(dāng)然就所用設(shè)備的材料而言，與可見(jiàn)光區(qū)是不同的。成像系統(tǒng)和探測(cè)器所用的透射材料有氟化鋰、氟化鎂、藍(lán)寶石和熔石英等。氟化鋰的截止波長(zhǎng)最短，為1050埃，氟化鎂次之，為1130埃，但氟化鎂在潮濕空氣中的性能遠(yuǎn)比氟化鋰為佳，是波長(zhǎng)長(zhǎng)于1200埃范圍時(shí)最常用的材料。反射鏡面和光柵涉及反射用的鍍膜材料，與可見(jiàn)光區(qū)一樣，最廣泛采用的是鋁；但在紫外區(qū)要得到好的反射性能必須防止鋁形成氧化膜，為此要在光潔的鋁面上鍍一層極薄的氟化鎂作為保護(hù)層。這種保護(hù)層如厚度恰當(dāng)，還可以因干涉作用而使反射效率進(jìn)一步提高。衛(wèi)星上用的鏡面材料須輕而結(jié)實(shí)，鈹較為合適，但其熱膨脹不均勻性較嚴(yán)重，不適用于高精度的觀(guān)測(cè)。目前使用的低膨脹系數(shù)的材料有微晶玻璃、熔石英等；康定-7971超低膨脹熔石英，在5～35℃溫度范圍，平均線(xiàn)膨脹系數(shù)為 0.2×10-7 /℃。紫外觀(guān)測(cè)同可見(jiàn)光波段觀(guān)測(cè)一樣，所用的探測(cè)器有照相乳膠、光電倍增管和像增強(qiáng)器等光電成像器件；不過(guò)在紫外區(qū)還可使用與X射線(xiàn)測(cè)量中類(lèi)似的氣態(tài)電離室和正比計(jì)數(shù)器，但須采用合適的氣體和窗口材料。一般照相乳膠只適用于波長(zhǎng)2200埃以上的紫外光，如用于2200埃以下的波段，或者要增加熒光物質(zhì)，以便把2200埃以下的輻射轉(zhuǎn)化為有反應(yīng)的波長(zhǎng)，或者要減少明膠（即舒曼乳膠）。對(duì)于較短波長(zhǎng)的探測(cè)必須采用無(wú)窗式的紫外光電倍增管。適用于可見(jiàn)光區(qū)的高靈敏光陰極材料也可用于紫外區(qū)。不過(guò)既要用于3000埃以下探測(cè)，必須對(duì)3000埃以上不敏感，因此只好采用Cs2Te和Rb2Te。對(duì)于波長(zhǎng)范圍2000埃以下的探測(cè)，可選用鹵化堿作光陰極。近年來(lái)制成供空間探測(cè)用的多通道電子倍增器也可用于遠(yuǎn)紫外。由這種儀器發(fā)展而成的微通道板電子倍增器則已成為圖像研究的重要工具。在圖像探測(cè)方面和可見(jiàn)光區(qū)一樣，還可利用電子照相機(jī)、像增強(qiáng)器、電視攝像管和像光子計(jì)數(shù)器等。

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