发展中的γ射线天文学

 现代天文学的知识有很多是通过分析天体的电磁辐射得到的,天体的电磁辐射的范围是相当宽阔的,它从无线电波、红外光、可见光、紫外光-直延伸到X射线、γ射线.对天体辐射观测越广,就越能较全面地认识宇宙.所以天文学家总希望把研究领域扩展到所有波段.     

X射线在天体物理学中的应用

 天体物理学是天文学与物理学的交叉学科,是20世纪自然科学发展的一个极其重要的分支。现代天体物理学的重要探测手段之一是借助射电技术设备接收并研究宇宙天体的辐射。这些辐射按波长可分为若干波段,如无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等。按观测的电磁波段可分为光学天文学、射电天文学和空间天文学等。     

X射线在天体物理学的应用

正天体物理学是天文学与物理学的交叉学科,是20世纪自然科学发展的一个极其重要的分支。现代天体物理学的重要探测手段之一是借助射电技术设备接收并研究宇宙天体的辐射。这些辐射按波长可分为若干波段,如无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等。按观测的电磁波段可分为光学天文学、射电天文学和空间天文学等。传统的观测是在     

认识和探测宇宙的基本方法介绍

人类对宇宙最早的认识和观测始于可见光,之后由于有1865年麦克斯韦对电磁波的预言,1887年赫兹的证实,以及1933年杨斯基发现银河系的射电辐射,可见光观测自此扩展到电磁波多波段观测,出现了多波段天文学。1912年,赫斯发现宇宙线,使得天文观测在电磁波观测之外多了一种手段,拉开了多信使天文学的序幕。1987年,戴维斯和小柴昌俊发现了来自超新星爆发的中微子信号,这也是人类首次探测到了来自宇宙的中微子,至此又多了一种认识和观测宇宙的信使。此后,2016年美国激光干涉引力波观测站LIGO探测到引力波,在补齐对于验证爱因斯坦广义相对论的最后一块拼图的同时,也使得引力波成为多信使天文学中最新引入的一种信使。本文介绍了电磁波、宇宙线、中微子、引力波这四种信使的基本概念、发现历史以及探测宇宙的基本原理,对其代表性的实验进行了收集整理,并就其中的一个典型实验进行了简要介绍。期望能够就多波段多信使天文学的发展历程给出一个比较完整的描摹。     

FAST及其科学目标

<正>1引言射电(1)波段是除光学外另一个对大气透明的波段,为人类了解宇宙提供了重要的观测窗口。自20世纪30年代央斯基(K.Jansky)第一次接收到来自地球之外天体的射电辐射以来,射电天文技术取得了长足进步。20世纪60年代的四大天文发现——脉冲星、类星体、宇宙微波背景辐射、星际有机分子都与射电天文学紧密相关。已于2016年9月25日落成的我国自主建设的世界上最大的单天线射电望远镜——500 m口径球面射电望远镜(FAST)是射电天文技术发展史上又一里程碑。FAST覆盖70 MHz~3000 MHz频段,配备脉冲星、谱线和甚长基线干涉(VLBI)数字终端,可以开展脉冲     

2002年度诺贝尔物理奖

对2002年度的诺贝尔物理奖和中微子天文学以及一些相关的有趣问题作了比较详细的介绍。介绍了太阳中微子短缺之谜以及长达三四十年的奋斗历程;SN1987A中微子的发现以及最近太阳中微子短缺之谜的解决。还介绍了X射线天文学的发现和进展。现在,X射线天文学已经发展成为可与光学天文学、射电天文学媲美的一门举足轻重的学科。     

邮票上的物理学史（64）--天体物理学:新的观测手段(续)

空间技术的发展,使得有可能建造空间观测站,到太空去观测,由此建立了空间天文学.它带来的好处是:①突破大气窗口限制,把观测波段从可见光和射电波扩展到电磁波全波段,包括红外、紫外、X射线和γ射线.我们还记得,天体物理学是伴随着光谱分析而建立起来的,依靠望远镜收集的一点星光,通过测量天体的亮度和分析天体的光谱,就建立了天体物理学,现在将观测扩展到全部电磁波段,得到的信息、发现的现象就更多了.②对地面能观测的波段,也减轻或消除了大气湍动的影响,提高了分辨本领.对光学望远镜成像主要有三个限制:衍射;大气宁静度;望远镜本身的缺陷.事实上,对一些大口径望远镜,大气湍动对成像的破坏作用远远超过了衍射限制.     

从照相底片到CCD

 天文学是古老而又生机勃勃的科学。在历史上，从人类有文字记录开始，天文学就诞生了，各个古老文明都为之做出了贡献。在400多年前的第一次天文学革命中，伽利略用望远镜代替人眼来观测天空，这场革命直接导致牛顿发现万有引力定律并建立力学理论，由此诞生了现代天文学，并且促进了整个现代科学体系的建立。在170年前的第二次天文学革命中，用照相底片和光谱仪这样的探测器代替了人眼来记录观测现象，使得人类第一次能够认识天体的物理性质和化学组成，由此诞生了天体物理学，并发展成为当代天文学的主流。在70年前的第三次天文学革命中，诞生了射电天文学和空间天文学，为人类打开了认识宇宙的"新窗口"，天文学从地面发展到了空间，从光学波段发展到了射电、红外、紫外、X射线和伽马射线等全部电磁波段。     

月球背面——低频射电天文观测的圣地

 宇宙辐射电磁波谱的任何一个波段背后，都有天体的物理现象和机理，只要能感知到，就可以寻找它们的规律。20世纪30年代，美国贝尔实验室工程师卡尔央斯基在短波高频波段偶然收到来自地球之外的天体辐射，开启了射电天文的大门。自此，电磁波成为了天文学家观测天体辐射的核心手段之一。由于地球空间存在的比较浓密的电离层，能够反射短波和中波波段的人造电磁波，使得电磁波无法逃出地球范围。但与此同时，来自地球以外低于10兆赫兹的电磁辐射，也无法透过地球电离层到达地面。可以说，这个波段的天文观测窗口被地球电离层“屏蔽”了。与地球相比，月球的电离层非常稀薄，在其表面的射频观测下限可以达到500 kHz，在夜间还会更低。利用月球背面“干净”电磁环境开展低频射电探测，是全世界天文学家梦寐以求的事情，将填补低频射电观测的空白。因此，嫦娥四号月球着陆探测为科学家提供了在月球背面和月球空间开展低频射电天文研究的绝佳起步机会。     

一个了解宇宙的新窗口——分子天体物理学进展介绍

 二次大战中发展起来的雷达及微波技术推动了微波波谱学及射电天文的发展.1944年荷兰的范德胡斯特首先考虑了用射电望远镜检测广泛存在于星云之中的氢原子21厘米微波谱线(它来自氢基态超精细结构能级间的跃迁)的可能性.这个想法在1951年实现.于是天文谱线的研究由光学波段扩展到射电波段.氢21厘米谱线的观测取得了丰硕成果并积累了用微波谱线观测星际气体的经验.天文学家认识到微波特别适合于研究低温的星云,这种星云不辐射可见光并且阻碍可见光透过,而微波谱线却能携带着星云深处的各种信息投向地球.     

等离子体宇宙

几千年来,人们对宇宙的认识都是建立在可见光观测的基础上,而实际上可见光仅仅是电磁波谱中很窄的一段(0.4-0.8μm).近半个世纪以来,人们的视野开始扩展到红外和射电波段.最近十几年来迅速发展的空间技术,使天文学进入了全波段(即包括可见光、全部红外、紫外、x射线和γ射线的整个电磁波谱)观测.观测手段的进步使天体物理学家获得了以前从未有过的丰富信息,使人类对宇宙的认识在实质上发生了飞跃. x射线和γ射线的观测有着特别重要的意义.啊实上,从x射线和γ射线的观测,人们发现了许多出平意料的和有趣的现象.这些x射线和γ射线大部分是由能…     

一个了解宇宙的新窗口——分子天体物理学介绍

 现代科学的显著特点之一是它的综合性和整体性,即各个学科之间的交互影响.分子天体物理学的建立和发展是一个很好的例子.在它的发展过程中,物理学和化学的基础研究,射电天文学和空间天文学的最新技术成就与天体物理学和天体化学密切配合,相互推动.在短短的二十多年中形成了一门生气勃勃的新学科.它为天文学提供了一个了解宇宙的新窗口,有力地推动了恒星演化的极早期阶段和晚期阶段的研究.     

天籁计划:暗能量的射电探测及平方千米阵(SKA)

暗能量约占宇宙总密度的3/4,但其与普通物质的相互作用非常微弱,因此对它的探测主要是通过对宇宙膨胀历史和结构形成的精密观测间接进行的.为了提高研究的精度和可靠性,需要综合多种观测手段.目前的大部分暗能量观测实验采用光学方法,而射电观测提供了一种不同的、有独特优势的方法,但目前还处在起步阶段.我国在射电天文及相关技术方面有一定基础,且国内已有电磁环境良好的站址,有很好的条件开展这方面的研究,并有可能在这一领域中取得领先.文章介绍了作者已开始进行的天籁计划实验以及这一实验中积累的经验和研发的技术,这有助于中国参与国际上空前巨大的平方千米阵(SKA)射电望远镜项目,并在其中发挥作用.     

天文物理和宇宙学现状简介

 关于宇宙和我们人类所在的太阳系结构问题,是人类文化历史中最古老的课题之一。这些问题的科学研究,也就是天文学,推动了物理学的发展,并且对哲学也产生了巨大的影响。今天,天文学已成为物理学不可分割的组成部分,研究它的目的是为了认识宇宙以及构成它的所有宏观部分的形成和发展。这就需要把经验研究,就是观测和实验,与理论研究结合起来,这样就使天文学必然与许多物理领域产生必不可少的联系,特别是与粒子物理、原子核物理、原子物理和等离子物理的联系。然而,近几年宇宙化学和生物天文学也正在得到重视。     

宇宙中最神秘的一种天体--类星体

为纪念相对论发表100周年，联合国大会通过决议，将今年命名为“国际物理年”．在国际物理年中，天文学也是不可缺少的内容．当年，爱因斯坦的广义相对论只能用天文学来检验；物理学发展到今天，更是和天文学息息相关．李政道先生把宇宙中的暗物质作为21世纪物理学前沿的主要课题之一．近代天体物理学提出的问题一个个都向物理学提出了挑战．其中，有一种神秘的天体，从20世纪60年代跨越到21世纪，观测、观测、再观测，却始终没有得到满意的答案，它就是类星体．     

超高能中微子天文学实验现状

 中微子在粒子物理的标准模型中是一组很特殊的粒子，它们质量最轻（在标准模型中没有质量）因而几乎不受引力影响，不带电荷因而不受电磁相互作用的影响，只参与弱相互作用，但其寿命几乎是无穷长。如果中微子产生于遥远的高能天体，在到达地球的漫长传播过程中其路径不会被遍布宇宙的磁场所改变。中微子的这些特性使它与光子一起成为绝佳的天文学信息传播者，成为正在崛起的新兴中微子天文学学科发展的强劲原动力。与传统的光子天文学相比，中微子具有更加优越的特性，即不会与弥漫全宇宙的3K宇宙学背景光子发生作用，从而能够打开高于光子天文学所能工作的能量区域的观测窗口，譬如在高于10¹⁵电子伏特（记为PeV）的“超高能”区，探测中微子成为唯一的天文观测手段。 …………     

超导探测器与太赫兹天文应用

太赫兹频段(0.1—10 THz)占有宇宙空间近一半的光子能量，特别适合观测早期遥远天体、正在形成冷暗天体，以及被尘埃遮掩天体，且具有非常丰富的分子、原子及离子谱线，是其他频段不可替代的宇宙观测窗口。近四十年来，低温超导探测器技术得到快速发展，在天文学领域率先实现应用并取得系列有显著影响的研究成果，如黑洞成像、原行星盘精细结构观测以及近邻宇宙水分子刻画和宇宙最先诞生的电离氢化氦离子探测等。文章将主要介绍4种国际主流太赫兹超导探测器(即超导隧道结(SIS)混频器、超导热电子(HEB)混频器、超导相变边缘(TES)探测器和超导动态电感(KID)探测器)的研究进展、应用突破和未来发展趋势。     

暗物质的困境

 远在30年代,天文学家惠兹克已注意到,在星系团中,星系的绕行速度是如此之快,按理,它们无法稳定地呆在星系团中.他推测存在某种看不到的物质,提供了引力“胶质”.70年代,又发现银河系边缘的恒星运动速度,要比理论家预言的快得多,这也暗示着有大量的暗物质弥漫于星际空间.以后,对旋涡星系旋转情况所作的射电和光学观测表明,它们被暗物质晕所包围.分析了很多星系对和星系群的运动之后,人们确信,星系所含物质的总量,要比其可见的大得多.故天文学家断言,宇宙并不仅仅含有组成我们身体、地球和星星的那类通常物质.所谓通常物质,是指由重子(质子、中子等)组成的物质.而其他粒子,诸如电子,它们数量虽多,但对宇宙质量的贡献是很小的.     

天文学上的重要发现──澳美天文学家证实“暗物质”存在

天文学上的重要发现──澳美天文学家证实“暗物质”存在澳大利亚和美国的一个天文学小组日前宣布，他们已观测到“超级天文密实晕物体（ＭＡＣＨＯ）”，从而使人类在了解宇宙的构成方面迈出了一大步，被认为是一次有重要意义的发现。按照宇宙起源大爆炸理论，宇宙一直在...     

从空间天文展望九十年代天文学的进展

 天文学是一门观测科学,空间天文时代的天文学仍然如此.天文学的发展史,从某种意义上来说,就是探测宇宙的能力、技术和方法的进展的历史.地面的传统的和经典的天文观测,追求的是看得更远、看得更准、看得更清楚.为此就要不断地提高贯穿本领,提高空间分辨力和时间分辨力.空间天文学除了上述那些目标外,还能在空间观察到为地球大气所屏蔽的宇宙伽马、X、远紫外和远红外辐射,并能不分昼夜地连续对天体和宇宙巡视.