錢德拉x射線天文臺(tái)是美國(guó)宇航局的望遠(yuǎn)鏡，用來(lái)觀察黑洞、類星體、超新星等等——宇宙中所有的高能量來(lái)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(tái)幫助科學(xué)家們瞥見(jiàn)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(tái)一起被宣傳為美國(guó)宇航局的一個(gè)大型天文臺(tái)，同時(shí)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(gè)宇宙“手”伸向一個(gè)明亮的星云，盡管科學(xué)上的解釋完全不同。
x射線天文學(xué)特別具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)樾枰x開(kāi)地球的大氣層去觀察射線。第一次x射線觀測(cè)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(gè)小時(shí)。1962年意大利裔美國(guó)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(cè)器的火箭送入太空，并發(fā)現(xiàn)了恒星x射線的第一個(gè)來(lái)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(guó)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(gè)跡象。他的團(tuán)隊(duì)的另一個(gè)想法——愛(ài)因斯坦天文臺(tái)——從1978年飛到了1981年。這是第一個(gè)可以拍照的x射線望遠(yuǎn)鏡。
紅色代表低能量的x射線，中等范圍是綠色的，能量最強(qiáng)的是藍(lán)色的，這個(gè)藍(lán)色的手狀結(jié)構(gòu)是由它們周圍垂死的恒星PSR B1509-58發(fā)出的能量創(chuàng)造出來(lái)的，紅色區(qū)域來(lái)自鄰近的氣體云RCW 89。圖片：NASA/CXC/SAO/P.Slane, et al.
Giacconi現(xiàn)在是x射線天文學(xué)的權(quán)威，與史密森學(xué)會(huì)的Harvey Tananbaum合作，提出了一個(gè)更強(qiáng)大的天文臺(tái)。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(kāi)始，望遠(yuǎn)鏡在1992年進(jìn)行了重新配置(通過(guò)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(jiǎng)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(hào)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(lái)發(fā)射的最大的衛(wèi)星。
就在哥倫比亞號(hào)到達(dá)太空的8個(gè)小時(shí)后，錢德拉離開(kāi)了航天飛機(jī)的遮蔽處，用火箭飛離?？刂迫藛T在接下來(lái)的幾天里對(duì)錢德拉的軌道做了一些調(diào)整。當(dāng)最后確定的時(shí)候，錢德拉是在一個(gè)環(huán)繞地球的橢圓形軌道上，從大約9,940英里(1.6萬(wàn)公里)到82,650英里(13.3萬(wàn)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(zhǎng)達(dá)52個(gè)小時(shí)，直到失去目標(biāo)。至于長(zhǎng)期以來(lái)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(kāi)創(chuàng)性工作而獲得諾貝爾獎(jiǎng)。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(gè)職位。
1999年8月中旬，錢德拉第一次將望遠(yuǎn)鏡對(duì)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(jiàn)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(shí)候，天文學(xué)家在《天體物理學(xué)雜志快報(bào)》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(guó)宇航局的錢德拉x射線天文臺(tái)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(lái)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(shí)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(gè)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(cè)到中子周圍的物質(zhì)，但這個(gè)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。
在運(yùn)作的第二年，錢德拉開(kāi)始大步前進(jìn)。關(guān)于望遠(yuǎn)鏡的研究，經(jīng)常有更新的報(bào)道:嵌入獵戶座星云的x射線輻射恒星，通過(guò)吞并鄰近星系而成長(zhǎng)的星系，以及嬰兒恒星的證據(jù)。該望遠(yuǎn)鏡還開(kāi)始了一系列有關(guān)黑洞的發(fā)現(xiàn)。它發(fā)現(xiàn)了一個(gè)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(lái)科學(xué)家宣布在M82星系中可能存在一種新的黑洞。通過(guò)8個(gè)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(gè)太陽(yáng)的質(zhì)量壓縮到一個(gè)與月球差不多大小的區(qū)域。這樣一個(gè)黑洞的形成需要極端的條件，比如‘超級(jí)巨星’的崩潰或者大量黑洞的合并。
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(wú)形物質(zhì)。到目前為止只能通過(guò)引力探測(cè)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(lái)自星系團(tuán)碰撞的氣體。錢德拉的觀測(cè)結(jié)果與其他幾個(gè)天文臺(tái)的觀測(cè)結(jié)果相結(jié)合。研究人員研究了星系團(tuán)對(duì)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(duì)重力的觀察表明，在星系碰撞過(guò)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(shí)，錢德拉已經(jīng)被用來(lái)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(tái)(XMM-Newton observatory)探測(cè)了一個(gè)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(jiàn)。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(shí)，錢德拉繼續(xù)制造出驚人的圖片，同時(shí)也揭示了宇宙的結(jié)構(gòu)。這些照片包括對(duì)行星狀星云和快速增長(zhǎng)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(jí)氣泡”。2013年錢德拉探測(cè)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(shí)天文學(xué)家正在觀察Sgr A*如何對(duì)當(dāng)時(shí)被懷疑是氣體云的物質(zhì)做出反應(yīng)，但后來(lái)被確定為圍繞著致密物體的氣體云。雖然G2并沒(méi)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(gè)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(shuō)：如果一顆小行星被撕裂，它會(huì)在黑洞周圍轉(zhuǎn)上幾個(gè)小時(shí)，就像水環(huán)繞著一個(gè)開(kāi)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(shí)間，這是我們需要考慮的一個(gè)有趣的線索。另一種理論認(rèn)為，G2內(nèi)部的磁場(chǎng)線在流向Sgr A*時(shí)變得紊亂。磁場(chǎng)線偶爾的重構(gòu)會(huì)產(chǎn)生明亮的x射線爆發(fā)，就像太陽(yáng)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(tái)儀器之一。美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(National Science Foundation)激光干涉引力波天文臺(tái)(LIGO)的觀測(cè)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(guó)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(shuō)：這是一門非常令人興奮的科學(xué)?，F(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(duì)引力波光源的探測(cè)揭示了無(wú)法由引力波決定的事件的細(xì)節(jié)。許多天文臺(tái)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(duì)半人馬座阿爾法星系(Alpha Centauri)長(zhǎng)達(dá)10年的研究結(jié)果。半人馬座阿爾法星系是距離太陽(yáng)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(yáng)，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(shuō)：這對(duì)阿爾法Cen AB來(lái)說(shuō)是個(gè)好消息，因?yàn)樵谒鼈兊娜魏我粋€(gè)行星上，都有可能存在生命，從而能夠經(jīng)受住來(lái)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(huì)。錢德拉的使命原本預(yù)計(jì)將持續(xù)五年，然后延長(zhǎng)至至少10年，但經(jīng)過(guò)18年多的運(yùn)作后，它仍將保持強(qiáng)勁勢(shì)頭。在2010年接受Space.com采訪時(shí)，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(dòng)力和推進(jìn)系統(tǒng)儲(chǔ)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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