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空间望远镜
空间望远镜,因为地球的大气层对许多波段的天文观测影响甚大，天文学家便构想若能将望远镜移到太空中，便可以不受大气层的干扰得到更精确的天文资料。目前已有不少空间望远镜在太空中运行，例如：观测可见光波段的哈勃空间望远镜，观测红外波段的史匹哲太空望远镜，观测X光波段的钱卓太空望远镜，观察γ射线波段的康普顿天文台（已于2000年退役）等。
基本介绍
- 中文名：空间望远镜
- 外文名：space telescope
- 定义：地球大气外进行天文观测
- 优点：轻巧，以降低发射成本
简介
大量的望远镜被发射到了轨道上，其中的大部分大大的增加了我们对于宇宙的认识。在地球表面进行天文学的研究会由于地球大气层的电磁辐射的干扰和过滤而受到限制。所以需要把天文学的观察仪器放置到太空中。在地球大气层外围绕地球旋转的望远镜即不会受到眨眼效应(由于大气中空气的流动所造成的）也不会受到地球表面人工光源的光污染。
然而外太空天文学对于在光和无线电波频率範围外的研究更为重要，因为只有光和无线电频率的电磁信号才不会被大气层所隔断。举例来说，X射线天文学在地球表面是不可能的，而现在这门学科由于拥有X射线望远镜卫星的发射而在天文学中占据了重要的地位。同样的红外线和紫外线也被大量的阻断了。
太空天文台可以被分成两类：观察整个宇宙的和对宇宙中某个部分观察的
许多太空天文台已经几乎完成了它们的任务，而另外一些则仍然在运作中。
定义
太空天文台是指所有用来在外太空观测行星，星系以及其他外太空物体的仪器。
优点和缺点
由于避开了大气的影响和不会因重力而产生畸变，因而可以大大提高观测能力及分辨本领，甚至还可使一些光学望远镜兼作近红外、近紫外观测。但在製造上也有许多新的严格要求，如对镜面加工精度要在0.01微米之内，各部件和机械结构要能承受发射时的振动、超重，但本身又要求儘量轻巧，以降低发射成本。
空间望远镜
空间望远镜第一架空间望远镜
第一架空间望远镜又称哈勃望远镜，于1990年4月24日由美国发现号太空梭送上离地面600千米的轨道 。其整体呈圆柱型，长13米，直径4米 ，前端是望远镜部分 ，后半是辅助器械，总重约11吨。该望远镜的有效口径为2.4米 ，焦距57.6米 ，观测波长从紫外的120纳米到红外的1200纳米，造价15亿美元 。原设计的解析度为0.005 ，为地面大望远镜的100倍 。但由于製造中的一个小疏忽 ，直至上天后才发现该仪器有较大的球差，以致严重影响了观测的质量。1993年12月2～13日，美国奋进号太空梭载着7名太空人成功地为“哈勃”更换了11个部件，完成了修复工作，开创了人类在太空修复大型太空飞行器的历史。修复成功的哈勃望远镜在10年内将不断提供有关宇宙深处的信息 。1991 年4月美国又发射了第二架空间望远镜，这是一个观测γ射线的装置，总重17吨，功耗1.52瓦，信号传输率为17000比特/秒 ，上面载有4组探测器，角解析度为5′～10′。其寿命2年左右。
空间望远镜
空间望远镜在高处观测太空的历史
人类为了摆脱厚厚的大气层对天文观测的影响，一方面设法选择海拔高、观测条件好的地方建立天文台，另一方面设法把天文望远镜搬上天空。着名的“柯伊伯机载天文台”，就是在C141飞机上安装望远镜，飞行高度在万米以上，曾用于观测天王星掩星。自从1957年第一颗人造卫星上天以后，各国先后发射了数以百计的人造卫星及宇宙飞行器用于天文观测。像美国的“天空实验室”就拍摄了17.5万多幅太阳图像，还观测了科胡特克彗星。着名的哈勃空间望远镜，是目前最先进的空间望远镜。人们把它的诞生看成伽利略望远镜一样，是天文学走向空间时代的一个里程碑。
相关资料
21世纪之初，美国航空航天局(NASA)计画实施一系列重大空间观测项目。预期在前后十余年时间之内，把4台大型天文观测设备送入外层空间。此项宏伟规划，是继20世纪90年代哈勃太空望远镜取得辉煌成功之后，NASA跨世纪太空探测蓝图中承前启后的又一次大手笔。
空间望远镜
空间望远镜这些耗资鉅亿的大型空间天文台，使用最先进的技术手段"武装到牙齿"，以实现前所未有的高灵敏度、高解析度、大视场及同时观测多个天体的能力。从整体而言，它们探测宇宙的效能将全面超越其先驱者哈勃太空望远镜(HST)。它们的投入运行，必然极大地拓展人类认识宇宙的视野。
首先将于2001年发射升空的是"空间红外望远镜(SIRTF)"，其主镜口径84厘米，配备极高灵敏度的红外探测元件。为彻底避开地球红外辐射的干扰，它将巡游于近千万公里之遥的深空轨道。当望远镜在外层空间，处于极低温的条件下进行观测时，红外波段的宇宙"面容"可谓纤毫毕现，比之于地面观测何止清晰百万倍！
计画中的第二台仪器是"空间干涉望远镜(SIM)"。预计在2005年3月送入绕地轨道。它实际上是一个在空间释放的由7架30厘米口径镜面排列而成长达9米的望远镜阵。运用光学干涉技术，其最终的空间解析度可比HST胜强近千倍。建造这台望远镜的技术要求极高，它的套用将使天文学家分辨遥远恆星的能力迈上新的台阶。
下一个登场的是"新世代望远镜(NGST)"，定于2007年上天。NGST也是专为红外观测而设计的，与SIRTF不同的是，它的口径可达7.5米。其集光能力接近HST的9倍，但造价却只及HST的四分之一。
对地外生命的不懈探索乃是NASA空间计画的点睛之笔。"地外行星发现者(TPF)"集空间望远镜技术之精粹，欲为人类寻觅太空知音建立不世之功。TPF计画在2010年到2012年之间发射上天。它的设计思路与SIF相仿，但在规模和性能上已不可同日而语。SIF的可收卷镜阵延伸9米上下，而TPF的镜面阵列则可达百米尺度。利用其空前的高解析度，人们足以探明，在太阳系邻近数十光年之内，是否存在与地球条件相似的行星。
TPF的具体项目规划尚在襁褓之中，然而无庸置疑，对解开人类在宇宙中的地位这一亘古之谜，TPF定将作出其历史性的贡献。
詹姆斯·韦布空间望远镜
每过十年，美国的天文学家就会对未来进行一次规划，列出他们最想要的东西。这一做法使得美国天文学界在最核心的问题上形成了统一战线，可以同仇敌忾、一致对外。在2000年天文学家们公布的清单上，下一代空间望远镜占据了显赫的位置，它将接替哈勃空间望远镜（HST）挑起美国天文学的大梁，并且使得美国天文学继续保持“领跑”的态势。
这就是詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST），它先进的光学系统、独特的轨道以及有别于HST的工作波段将给我们带来一个全新的宇宙。但同时它不断上涨的成本，也在不断地拖累美国航宇局（NASA）整个的空间科学计画。这也使得它自诞生那一刻起就处在风口浪尖之上。
尖端技术放眼早期宇宙
甚至在HST发射前一年的1989年，美国空间望远镜研究所的天文学家就开始筹划下一代空间望远镜了。按照目前的计画它将在2014年发射。作为燞ST的接班人，JWST将扛起下一代空间望远镜的大旗。
不过HST主要观测的是可见光和紫外波段，而JWST的优势则在红外波段。位于大气层之上的JWST可以对波长从0.6微米（可见光谱红端）到28微米（远红外的起始）的辐射一览无遗。JWST6.5米的直径也让它变得十分灵敏，在红外波段它拥有犹如HST在可见光波段的解析度，它还可以看到比HST犓?芸吹降淖畎等醯奶焯寤挂?瞪?0～100倍的天体。
为此JWST将採用一系列的尖端技术，例如由铍製成的超轻型光学系统、超灵敏红外探测器以及一个能让中红外探测器长期维持在7开的制冷机。进入红外波段意味着望远镜必须要有较大的口径，但是这也带来了发射上的麻烦。JWST的反射镜实在太大，目前现有的任何火箭都没有办法把它送上天。因此不得不“化整为零”，先将镜面收起来待发射入轨之后再将镜面打开。而为了在红外波段进行观测，JWST还必须远离热源。它会使用多层结构来保护望远镜免受阳光照射，同时还要远离地球的影响。为此JWST将会被发射到距离地球达150万千米的第二拉格朗日点附近，在那里它能具有比HST更大的可视天区。但是一旦JWST牫隽巳魏挝侍猓?鞝艘T兜木嗬胧沟孟餚ノ?薜暮教煸币仓荒芡?笮颂尽K?訨WST必须一开始就在每个细节上都表现完美才行。除了被动的降温方式之外，JWST还会用制冷机来给自己降温。这使得它不会像先前的空间红外望远镜（例如斯皮策空间望远镜）那样工作寿命受到製冷剂供应的制约。
在红外波段的观测能力并不是可有可无的，它是必需的。如果你想深入早期宇宙，那幺进入红外波段是你唯一的选择。理论认为，在大爆炸的光辉褪去之后，宇宙进入了一个长期的“黑暗时代”。最终，低温物质聚集坍缩形成了第一代恆星，出现了第一缕光。这些最早的恆星正以极高的速度远离我们，这会拉伸到达我们的光线，使得它的波长到达光谱的红端。一般认为，第一代恆星在大爆炸之后小于10亿年的时间里便开始发光，所以它的红移值可以达到20甚至更大——导致可见光进入红外波段。这就是为什幺具有惊人视力的HST没有在红移大于7的地方发现这些天体的很大一部分原因。JWST会解决这个问题。年轻的恆星会发出紫外辐射，经过值为15的红移之后就会进入波长为1.9微米的红外波段，这正好位于JWST的最佳工作波段。
充气式空间望远镜
NASA的科学家正在用充气技术建一台望远镜，其大小接近哈勃的两倍，但重量仅哈勃的六分之一左右。此外，在太空探测距离方面，这台长约25米的ARISE（Advanced Radio Interferometry between Space and Earth，太空与地球间的先进无线电干涉测量）望远镜也会令哈勃望尘莫及。据初步估计，ARISE的清晰度将是哈勃的3000倍。干涉测量是指用多条天线拍摄高清晰度照片的过程。为此，ARISE将用于拍摄黑洞、星际行星和其他天体。
虽然ARISE体积更大，但把它送入太空却可能相当容易。ARISE望远镜的反射体（或天线）和镜桿将用高级薄膜聚合物材料製造，这种材料可以摺叠并塞进小罐，然后将小罐置于主太空飞行器顶部。反射体自身会交织成一个网。装反射体的罐子高约0.4米，直径约1.8米。
ARISE太空飞行器可能会搭乘一个比现有太空飞行器更小的太空飞行器发射升空。当ARISE太空飞行器进入轨道后，网状天线就释放，但真正充气的并不是这个部分。充气的是三个镜桿（镜臂），它们将环绕网状天线的充气圈和太空飞行器连线起来。为了让镜桿和充气圈充气，太阳能会集中到太空飞行器上含液氢的热交换器。热量促使气体形成，气体随即进入镜桿和充气圈。镜桿一固定下来，天线也就固定了。整个充气过程只需几分钟时间。
1996 年，奋进号太空梭（Space Shuttle Endeavor）配置了一个实验性天线原型来测试这项新技术。这个14米的原型在几小时后成功充气，大大激发了人们深入研製充气式太空飞行器的兴趣。NASA表示，ARISE望远镜预计在2008年发射。
总有一天，用于研製ARISE望远镜的技术也能用于建造太阳帆，并推动太空飞行器以难以置信的速度冲出太阳系。与ARISE的镜桿和充气圈一样，太阳帆会以相同的方式在太空中展开。反射器其实是用碳纤维製成的超薄镜子，能吸收太阳能，并推动附属太空飞行器的时速达到32.4万公里。
已功成身退的太空天文台或望远镜
- 轨道天文台（OAO）
- 康普顿天文台（CGRO）
- 太阳极大期任务卫星（SMM）
- 红外线天文卫星（IRAS）
- 红外线太空天文台（ISO）
- 宇宙背景探测者（COBE）
服役中的太空天文台或望远镜
- 哈勃太空望远镜（HST）
- 史匹哲太空望远镜（Spitzer Space Telescope）
- 钱卓太空望远镜
- XMM-牛顿卫星（XMM-Newton）
- 普郎克巡天者
- 赫歇尔太空天文台
- 费米伽玛射线太空望远镜
计画中的太空天文台或望远镜
- 詹姆斯·韦伯太空望远镜
- SPICA
各国空间望远镜
| 太空望远镜 | |
|---|---|
| 现役中 | AGILE·AKARI·钱德拉X射线天文台·COROT·费米伽玛射线空间望远镜·盖亚任务·星系演化探测器·高能瞬态探测器2号·哈勃空间望远镜·星际边界探测器·克卜勒任务·国际伽玛射线天体物理实验室·LEGRI·MOST·核光谱望远镜阵列·PAMELA·太阳和太阳风层探测器·RadioAstron·斯皮策空间望远镜·朱雀卫星·伽玛射线暴快速探测器·亚毫米波段天文探测卫星·太阳过渡区与日冕探测器·太阳动力学天文台·广角红外线探测器·广域红外线巡天探测卫星·XMM-牛顿卫星·IRIS |
| 计画中 | TAUVEX(2010)·Astrosat(2012)·Spectrum-X-Gamma(2013)·ASTRO-G(2013+)·太阳系外行星巡天卫星(2012)·詹姆斯·韦伯空间望远镜(2018+)·新世界任务(2013)·达尔文任务(2015)·SPICA(2017)·TESS(2017)·欧几里得卫星(2020)·雷射干涉空间天线(2020)·XEUS(2018) |
| 提议中 | 暗能量空间望远镜·菲涅耳成像器·先进技术大口径太空望远镜 |
| 已结束 | ABRAXIS·Advanced Satellite for Cosmology and Astrophysics1993～2000）·ALEXIS（1993～2005）·Aryabhata·Astro 2（1995）·Astron（1983～1989）·Astronomical Netherlands Satellite（1974～1976）·BeppoSAX（1996～2003）·Broad Band X-ray Telescope·Copernicus Observatory·Cos-B·EXOSAT（1983～1996）Ginga（1987~1991）·Granat(1989~1998)·Hakucho(1979~1985)·HALCA(1997～2005)·HETE·HEAO-1（1977～1979）·HEAO-3（1979～1981）·RELIKT-1（1983～1984）·SAS-B（1972～1973）·Tenma（1983～1985）·爱因斯坦卫星（高能天文台2号 HEAO-2）（1978～1982）·奥丁卫星·轨道天文台（OAO）-2（1968～1973）·轨道天文台-3（哥白尼）（1972～1981）·国际紫外线探测卫星（International Ultraviolet Explorer)（1978～1996）·红外线太空天文台（Infrared Space Observatory）（1996～1998）·红外线天文卫星（IRAS）（1983）·极紫外探测器（1992～2001）·康普顿伽玛射线天文台（CGRO）（1991～2000）·伦琴卫星（ROSAT）（1990～1999）·罗西X射线计时探测器（1995～2012）·太空中途红外实验·乌呼鲁卫星（Uhuru）（1970～1973）·阳光卫星（Yohkoh）（1991～2001）·依巴谷卫星（Hipparcos）（1989～1993）·宇宙背景探测者（COBE）（1989～1993）·远紫外分光探测器（1999～2007）·威尔金森微波各向异性探测器（2001～2010）·赫雪尔太空望远镜（2009～2013）·普朗克卫星（2009～2013） |
| 被取消 | 爱丁顿任务·类地行星发现者·太空干涉测量任务·星座-X天文台 |
| 参见 | 空间天文台·空间望远镜列表·大型轨道天文台计画 |