圖解空間望遠(yuǎn)鏡發(fā)展史

文/ 葉楠

紫外空間望遠(yuǎn)鏡（下）

Astron紫外空間望遠(yuǎn)鏡

20世紀(jì)70年代是人類太空探索的第一個(gè)高峰期，進(jìn)入80年代，各國對太空探索的熱情開始降溫，Astron是80年代發(fā)射的唯一一個(gè)紫外空間望遠(yuǎn)鏡。

1983年3月23日，蘇聯(lián)質(zhì)子號運(yùn)載火箭將Astron送入太空，其攜帶的主要設(shè)備是一架口徑80厘米、長5米多的紫外望遠(yuǎn)鏡。它的軌道遠(yuǎn)地點(diǎn)達(dá)到185000公里，接近地月距離的一半，近地點(diǎn)也有2000公里，傾角48度，周期長達(dá)近100個(gè)小時(shí)。作為當(dāng)時(shí)世界上最大的紫外望遠(yuǎn)鏡，Astron在太空中運(yùn)行了6年時(shí)間，其間對哈雷彗星的回歸和超新星SN1987A進(jìn)行了觀測。

天星1號與天星2號

“天星1號”與“天星2號”是兩次航天飛機(jī)太空探測任務(wù)。“天星1號”攜帶了1臺(tái)寬帶X射線望遠(yuǎn)鏡和3臺(tái)紫外望遠(yuǎn)鏡，被置于哥倫比亞號航天飛機(jī)上，于1990年12月2日發(fā)射，任務(wù)編號STS-35，任務(wù)時(shí)長8天23小時(shí)。

“天星2號”在“天星1號”的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，搭載了紫外成像望遠(yuǎn)鏡和光譜儀，于1995年3月2日搭乘奮進(jìn)號航天飛機(jī)升空，任務(wù)編號STS-67，任務(wù)時(shí)長16天15小時(shí)。圖為航天員在奮進(jìn)號航天飛機(jī)上拍攝到的“天星2號”。

極紫外探測器

由加州大學(xué)伯克利分校的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)制造的極紫外探測器（EUVE），是第一個(gè)專門針對紫外線中最短波長部分進(jìn)行探測的空間望遠(yuǎn)鏡，它的工作波長為7～76納米。EUVE于1992年6月7日從卡納維拉爾角發(fā)射升空，軌道高度約520公里、傾角28.4度、周期94.8分鐘。EUVE一直工作到2001年1月，9年間它完成了極紫外巡天工作，觀測目標(biāo)超過800個(gè)，主要成果包括對星際介質(zhì)、銀河系外極紫外源、X射線瞬變源、白矮星變星等的觀測研究。

遠(yuǎn)紫外分光探測器

遠(yuǎn)紫外分光探測器（FUSE）的工作波段比EUVE要長一些，為90.5～119.5納米，而且是以光譜為主要觀測手段的空間望遠(yuǎn)鏡。FUSE發(fā)射于1999年6月24日，軌道高度約750公里、傾角25度。FUSE主要由約翰·霍普金斯大學(xué)開發(fā)及操作，這是歷史上首次完全由大學(xué)主導(dǎo)的一項(xiàng)空間科學(xué)任務(wù)。2007年由于衛(wèi)星指向系統(tǒng)故障，F(xiàn)USE不得不退役。

隨著時(shí)間的推移及恒星的形成，大爆炸初期的氘/氫比例會(huì)逐漸降低，而FUSE的最主要工作就是去探測現(xiàn)在氘的比重。此外，8年間FUSE還對近3000個(gè)天體進(jìn)行了6000多次觀測，觀測目標(biāo)從彗星到大行星，從附近星系到遙遠(yuǎn)的活動(dòng)星系核。圖為NGC346星團(tuán)附近天區(qū)的偽彩色照片，藍(lán)色是X射線明亮區(qū)域邊界，綠色是FUSE遠(yuǎn)紫外波段發(fā)現(xiàn)的新生恒星位置。

星際熱等離子體光譜衛(wèi)星

星際熱等離子體光譜衛(wèi)星（CHIPS）是美國宇航局UNEX項(xiàng)目的第一個(gè)任務(wù)。UNEX即大學(xué)級別的探索計(jì)劃，旨在用較低成本大幅增加軌道科學(xué)任務(wù)的數(shù)量和范圍，美國宇航局為每項(xiàng)UNEX項(xiàng)目提供至少1000萬美元的啟動(dòng)資金，每年資助項(xiàng)目不超過10個(gè)，1000萬美元并不是一個(gè)小數(shù)目，但與之前其主導(dǎo)的空間項(xiàng)目相比，可以說是九牛一毛。

加州大學(xué)伯克利分校的馬克·赫維茨教授領(lǐng)導(dǎo)了CHIPS任務(wù)。CHIPS于 2003年1月23日從范登堡空軍基地發(fā)射升空，發(fā)射質(zhì)量只有64千克。它的主要工作是在9～26納米的極紫外波段進(jìn)行全天光譜分析，研究恒星間低密度氣體的極紫外輻射。2008年美國陷入次貸危機(jī)，由于預(yù)算削減，CHIPS不得不停止運(yùn)行。

星系演化探測器

星系演化探測器（GALEX）是美國宇航局的一項(xiàng)紫外空間望遠(yuǎn)鏡任務(wù)。2003年4月28日，GALEX由飛馬座火箭送入高度約700公里的圓形軌道，傾角為29度，周期98.5分鐘。GALEX配備的紫外望遠(yuǎn)鏡口徑為50厘米，焦比f/6，觀測視場1.2度，相當(dāng)于兩個(gè)滿月角直徑，觀測波長135～280納米。GALEX的主要任務(wù)是對數(shù)十萬個(gè)星系進(jìn)行觀測，確定每個(gè)星系的距離及其內(nèi)部恒星形成的速率。同時(shí)還參與了與“斯皮策”“錢德拉”“哈勃”的多波段聯(lián)合觀測。美國宇航局為GALEX花費(fèi)了1.5億美元，于2012年將控制權(quán)轉(zhuǎn)移給了加州理工大學(xué)，一年后GALEX正式退役。

科學(xué)技術(shù)衛(wèi)星1號

科學(xué)技術(shù)衛(wèi)星1號（STSat-1）曾用名“韓國科學(xué)技術(shù)高級研究員衛(wèi)星4號”，這是韓國航空航天研究所資助研發(fā)的一顆紫外空間望遠(yuǎn)鏡。STSat-1質(zhì)量只有106千克，于2003年9月27日由俄羅斯的Kosmos-3M運(yùn)載火箭送入太空。STSat-1運(yùn)行在高度686公里、傾角98.2度、周期98.5分鐘的太陽同步軌道，主要觀測目標(biāo)是在遠(yuǎn)紫外波段對彌漫的熱星際介質(zhì)進(jìn)行光譜研究。

過渡區(qū)成像攝譜儀

過渡區(qū)成像攝譜儀（IRIS）是美國宇航局的一顆太陽觀測衛(wèi)星，它被歸于成本小于1.2億美元的“小型探索者”序列，質(zhì)量只有183千克，算上太陽能電池板長度也只有3.7米。2013年6月28日，IRIS由飛馬座火箭送入太空，進(jìn)入太陽同步軌道。左圖為掛載執(zhí)行此次任務(wù)的飛馬座火箭的L-1011運(yùn)輸機(jī)。

IRIS只攜帶了一臺(tái)配備了成像光譜儀的紫外望遠(yuǎn)鏡，口徑只有20厘米。IRIS與太陽動(dòng)力學(xué)觀測臺(tái)合作，主要對太陽表面活動(dòng)區(qū)進(jìn)行觀測，但每次觀測只能看到太陽表面的大約百分之一。它擁有極高的分辨率，可以拍攝太陽表面240公里的細(xì)節(jié)圖像。右圖是2015年4月28日IRIS拍攝的日珥照片。

火崎號

“火崎號”的原名是“行星大氣相互作用光譜天文臺(tái)”，是日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)研發(fā)的小型科學(xué)衛(wèi)星項(xiàng)目中的第一個(gè)任務(wù)?！盎鹌樘枴敝?48千克，于2013年9月14日從鹿兒島空間中心由艾普西龍火箭發(fā)射升空?！盎鹌樘枴钡能壍栏叨?58×1162公里、傾角30度、周期106分鐘，攜帶的設(shè)備是一臺(tái)20厘米口徑的紫外光譜望遠(yuǎn)鏡，主要觀測目標(biāo)是火星和金星的大氣層、木星磁場以及太陽風(fēng)與行星大氣和磁場的相互作用。

金星光譜火箭試驗(yàn)

金星光譜火箭試驗(yàn)（VeSpR）是美國宇航局的一枚亞軌道火箭望遠(yuǎn)鏡，由兩級火箭系統(tǒng)構(gòu)成，第一級改造自小獵犬地對空導(dǎo)彈，第二級是一枚黑雁Mk1探空火箭。2013年11月27日，VeSpR從白沙導(dǎo)彈試驗(yàn)場發(fā)射升空，最高到達(dá)300公里高空，之后開始下降，依靠降落傘返回地面。VeSpR采用一種特殊的卡塞格林結(jié)構(gòu)，口徑35厘米，并配備了與哈勃空間望遠(yuǎn)鏡一樣的攝譜儀，其主要目標(biāo)是對金星大氣進(jìn)行紫外光譜探測，以提供金星大氣中水的信息。

月基紫外望遠(yuǎn)鏡

月基紫外望遠(yuǎn)鏡（LUT）是由中國科學(xué)院國家天文臺(tái)和西安光學(xué)精密機(jī)械所聯(lián)合研制的一臺(tái)RC式紫外望遠(yuǎn)鏡，安裝在2013年12月2日發(fā)射的嫦娥三號探測器的著陸器頂部，口徑15厘米，觀測波段245～340納米。月球稀薄的逃逸層以及緩慢的自轉(zhuǎn)能夠?yàn)樘煳挠^測帶來巨大的優(yōu)勢。LUT可以對星系、活動(dòng)星系核、雙星、新星、類星體、耀變星等進(jìn)行長時(shí)間的連續(xù)觀測。圖中箭頭所指是月基紫外望遠(yuǎn)鏡的安裝位置。

天文號衛(wèi)星

天文號衛(wèi)星是印度的一顆多波段天文觀測衛(wèi)星。2015年9月28日，“天文號”搭乘PSLV-XL運(yùn)載火箭從印度南部斯里赫里戈達(dá)島薩迪什·達(dá)萬航天中心第一發(fā)射場升空?！疤煳奶枴钡陌l(fā)射質(zhì)量1513千克，軌道高度650公里、傾角6度、周期97.6分鐘，它配備的科學(xué)儀器可對可見光、近紫外、遠(yuǎn)紫外、軟X射線和硬X射線波段進(jìn)行觀測。經(jīng)過半年多的調(diào)試，2016年4月開始正常運(yùn)行。截至2018年底，“天文號”對近800個(gè)源進(jìn)行了觀測，支持論文發(fā)表數(shù)量近100篇。