极紫外天文学与“极紫外探测者”

空间技术的出现与发展,导致了全波段天文学的到来。其中,近紫外和远紫外的空间观测出现很早,但极紫外天文的出场却晚了许多。造成这一结果的原因,既有技术上的困难,同时也出于天文学家对极紫外天文的错误认识。     

空间紫外天文探测者

现代紫外天文学的测波段是３１００－１００Ａ,和Ｘ线相接,紫外观测要把望远镜到１５０ｋｍ高度以上,以避开臭氧层和大气吸收。９０年代以发射的专用紫外空间探测器有Ａｓｔｒｏ－１,Ａｓｔｒｏ－２,ＩＵＥ,ＥＵＶＥ,在ＨＳＴ和ＴＲＡＣＥ上也安装有紫外空间探测器。这些紫外空间观测已覆盖了全部紫外光谱。１９９９年６月２４日发射升空的ＦＵＳＥ卫星是ＮＡＳＡ的“起源计划”项目,将通过氘或“重氢”的探测来研究轻元素丰     

国际紫外探测者IUE

二十世纪七十年代,紫外波段的天文研究异常活跃,一大批相关卫星被送上了太空（见上期介绍）。1978年,“国际紫外探测者”（International Ultraviolet Explorer,简称IUE,图1）的成功发射把这一时期的空间观测推上了顶点。     

功不可没的早期紫外天文卫星

从本期开始,我们将介绍历史上的紫外天文卫星。这里所谓的早期紫外天文,指的是从紫外天文诞生到“国际紫外探测者”（International Ultraviolet Explorer,简称IUE）发射之前的这一段时间。紫外天文学始于对太阳的研究,而对恒星等目标的紫外观测出现的较晚。本系列文章不涉及观测太阳和以日地空间关系为目的望远镜,也不涉及行星际探测器。     

星系演化探测器GALEX

空间天文学发展了几十年,在近、远紫外波段,虽然各式各样的卫星有很多,但过去的科学实践更强调获得天体的紫外光谱,尤其是银河系中恒星的光谱。而拍摄天体紫外图像的卫星,     

紫外辐射可能是丢失的暗物质

天文学家最近分析极紫外探测卫星的资料,证实宇宙中的暗物质有一小部分是星系之间的热气体。当研究星系团星系际空间大量的“空虚”区域时,亚拉巴马大学和马拉德空间科学实验室发现一种远紫外辐射。1997年他们最初获得这一发现时,一些科学家提出这种效应可能是由星系团中?..     

太阳过渡区爆发事件的观测及理论研究进展

太阳过渡区爆发事件是过渡区重要的小尺度活动现象之一,常被过渡区的紫外和极紫外谱线观测到。典型的爆发事件的寿命为60～360 s,现象出现时谱线形状呈非高斯形,谱像两翼显示双向喷流结构,喷流速度大致在100 km·s~(-1),与色球局地阿尔芬速度相当。普遍认为其产生原因为小尺度快速磁重联。主要回顾了爆发事件的观测特征及其光谱学诊断方法,阐述了爆发事件的物理形成机制及与其他过渡区小尺度结构的联系,并讨论其在太阳风形成和日冕加热过程中对物质及能量输运的影响。最后对未来爆发事件的研究提出了展望。     

活动星系核大蓝包的峰值在1050附近吗?

对中小红移不同光度AGN的大蓝包位置进行了统计检验．主要统计方法是对比软X射线波段谱指数（asx）分布与“直线”连接紫外1050■和软X射线0．5keV的幂指数（αuv-sx）分布．经过平均值统计和K－S检验,表明二者分布是类似的．因此,在1050■至O．5keV中可能是幂律谱,统计预言大蓝包峰值在1050■附近．这个统计结果在软X选低光度AGN样本（WF93）上亦能得到．这表明WF93样品尽管普遍存在软X过剩,大蓝包峰值仍可能在1050■附近．但是,软X射线谱指数。αsx与1050■到0.5keV间“直线”连接的幂指数αuv-sx没有相关性,说明还存在一种不明的、但在远紫外（FUV）和极紫外（EUV）谱中起作用的因素,它既能保证。。αuv-sx与αsx的分布在总体上的一致性,又使二者不具备—一对等的关系．     

活动星系核大蓝包的峰值在1050附近吗?

对中小红移不同光度AGN的大蓝包位置进行了统计检验.主要统计方法是对比软X射线波段谱指数( SX)分布与 “直线”连接紫外1050和软X射线0.5 keV的幂指数(UV-SX)分布. 经过平均值统计和KS检验,表明二者分布是类似的. 因此,在1050至0.5 keV 中可能是幂律谱,统计预言大蓝包峰值在1050附近.这个统计结果在软X选低光度AGN样本(WF93)上亦能得到. 这表明WF93样品尽管普遍存在软X过剩,大蓝包峰值仍可能 在1050附近. 但是,软X射线谱指数 SX与1050到0.5 keV间“直线”连接的幂指数 UV-SX没有相关性,说明还存在一种不明的、但在远紫外(FUV)和极紫外(EUV)谱中 起作用的因素,它既能保证 UV-SX与 SX的分布在总体上的一致性,又使二者不具备一一对等的关系.     

从依巴谷到盖亚——空间天体测量的发展

在之前的系列文章中我们简要概述了紫外波段的天文卫星。从本期开始,我们将介绍可见光波段的空间天文设备。可见光波段也就是人眼看到的电磁波谱范围,由于地球大气在这一波段的透明度很高。所以从天文学诞生开始,人类都是通过眼睛、或是地面上的可见光天文设备直接进行星空观测的,这也是可见光波段天文卫p星的发展滞后于其他波段卫星的原因。人类在可见光波段的第一个天文卫星直到二十世纪八十年代末才上天,这就是欧洲的“依巴谷”卫星。     

卫星黑子衰减触发的喷流事件

详细分析了一次太阳低层大气磁场重联触发的喷流事件.这次喷流发生在2014年8月1日,爆发自美国国家海洋和大气管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA)活动区12127边缘的一个卫星黑子处.该喷流爆发包括日浪、紫外喷流、极紫外高温和低温喷流.大熊湖太阳天文台(Big Bear Solar Observatory,BBSO)的Goode Solar Telescope (GST)高分辨率氧化钛(TiO)谱线的光球观测显示,喷流爆发过程中,卫星黑子一直衰减.到喷流结束,卫星黑子面积共减少了80%.在此过程中,太阳动力学天文台(Solar Dynamics Observatory, SDO)日球磁场成像仪(Helioseismic and Magnetic Imager, HMI)的视向磁场观测表明,该卫星黑子对应的负极磁场与相邻的正极磁场发生明显对消,产生喷流足部亮点.根据SDO卫星太阳大气成像仪(Atmospheric Imaging Assembly, AIA)的多波段观测,该足部亮点首先出现在紫外1600?波段.待紫外(1600?)喷流从紫外足部亮点顶部向上喷发,在极紫外波段也观测到相应的亮源.随着足点源亮度突然增强,有明显的极紫外低温喷流和日浪从足部亮点侧面喷发.从GST的高分辨率Hα图像上,可见日浪由许多精细纤维组成,这些纤维扎根在足点源的东南侧.根据从光球层过色球层再到日冕层的多波段高分辨率观测,色球中下层的磁场对消触发了这次喷流事件.向上喷发的物质流可以携带能量进入上层大气,并加热上层大气.研究结果表明,低层大气磁重联可能对解决日冕加热问题起重要作用.     

日冕亮点的观测特征和供能机制

该文通过综述相关研究成果,对日冕亮点的观测特征和供能机制进行了总结和评论.日冕亮点是发生在过渡区和低日冕的小尺度局地增亮现象,经常在X射线和极紫外波段观测到,其寿命在5～40 h之间.日冕亮点的产生和演化与双极磁场的相互作用紧密相关.对于日冕亮点的供能机制,目前主要存在三种观点:(1)磁场对消的观点,当不同极性的磁场区域相互靠近时,局地发生磁重联,并在重联区域加热等离子体,从而导致X射线和极紫外辐射的增强;(2)分隔线重联,与日冕亮点相联系的磁场结构可以形成分隔线重联位形,沿分隔线的快速磁场重联导致过渡区和日冕局地的等离子体被加热,从而产生日冕亮点;(3)光球水平运动所诱发的电流片为亮点提供了能量来源.近期研究表明,三种机制可能同时作用,为亮点提供所需的能量.     

热层大气密度对太阳辐射27 d短期震荡的响应规律

在近地空间目标和碎片的定轨预报任务中,需要准确计算热层中性大气密度。太阳辐射约27 d周期的短期震荡是影响大气密度的一种重要的空间环境因素,它会引起大气密度在全球尺度上的涨落。选择CHAMP、GRACE-A和SWARM-C这3颗极轨卫星星载加速仪数据推导出的大气密度资料,提取其中的27 d短期变化信号,与太阳极紫外辐射(S₁₀指数)的27 d短期变化进行多元回归分析,研究热层大气密度对太阳辐射短期变化的响应规律,及其在不同高度、辐射水平、昼夜半球和纬度等方面的差异。结果表明：太阳辐射短期变化对大气密度的影响与高度负相关(主要因素)、与辐射水平正相关(次要因素);对白天半球的影响是夜间半球的约2倍;在白天半球,辐射影响随着纬度增大而减弱,夜间半球恰好相反。将以上观测结果与NRLMSISE00模型模拟结果对比,发现模型低估了太阳辐射短期变化对大气密度影响的(50%～60%),且低估了高度差异,但高估了辐射水平差异。利用SOHO卫星对太阳26～34 nm波长极紫外辐射1 h分辨率的测量值,研究了大气密度对辐射的响应延迟时间,约为18 h (0.75 d)。研究结果对于优...     

无缝光谱仪用紫外透射闪耀光栅的制作

无缝光谱巡天是如今国际天文学研究的重点方向, 相比较地基巡天任务, 空间巡天可获取更多紫外波段与红外波段的光谱信息, 其发展受到色散元件的制约, 针对紫外波段的核心色散元件---紫外透射闪耀光栅开展了一系列研究. 通过全息干涉光刻产生图形, 离子束垂直刻蚀将图形转移至基底形成光栅掩模, 利用光栅掩模对倾斜离子束的遮挡作用, 使得槽底不同部位受到离子束的轰击通量不同, 从而获得非对称的槽形结构. 实验分析了倾斜离子束刻蚀中沉积物的主要组成以及对槽形和闪耀角度的影响, 并在去除沉积物影响的情况下, 成功制作了线密度为333lines/mm, 闪耀角度分别为13.2°、10.5°的紫外透射闪耀光栅, 峰值衍射效率分别可达理论值的88%以及92%, 为制作高衍射效率紫外透射闪耀光栅奠定了基础.     

空间太阳望远镜科学卫星

“空间太阳望远镜”是一颗载有口径为1米的主光学望远镜、极紫外望远镜、Ha与白光望远镜和宽带光谱仪及射电频谱仪的科学卫星。它将在距地面730千米轨道的太阳同步轨道上运行,在摆脱了地球大气层影响后,对太阳进行广泛光谱范围和全连续的高空间分辨率高时间分辨率和高频率分辨率的科学探测,为太阳物理研究和空间天气预报提供重要实测数据。     

早期的X射线天文学

之前的本系列文章中,主要介绍了紫外一光学一红外波段的空间望远镜,从本期开始将把目光转移到高能电磁波段,首先介绍的是X射线波段的天文卫星。     

系外行星大气流体动力学逃逸的研究与进展

近轨道~①系外行星受到其宿主恒星强烈的X射线和极紫外(X-ray and Extreme Ultraviolet,XUV)辐射。恒星辐射可能会使富气体行星的气体摆脱行星的引力束缚而逃逸到行星的洛希瓣外。随着XUV辐射的增大,行星的大气逃逸可由较缓和的金斯逃逸变为剧烈的流体动力学逃逸。随着空间望远镜和地面望远镜的发展,在一些行星周围发现了膨胀的H,He,C,O,Na和Mg等元素的大气。行星大气研究从最初的紫外波段探测,已经发展到光学波段和近红外波段的探测。理论上,系外行星大气逃逸的流体动力学模型也已相继建立起来。这些模型涉及到行星大气的光化学、恒星风与行星风的相互作用、恒星辐射压以及行星磁场等方面。然而,一个包含所有过程的复杂模型还有待建立。     

STEREO卫星的CME观测研究进展

简要回顾利用"日地关系天文台"(Solar Terrestrial Relations Observatory,STEREO)卫星的立体观测资料在日冕物质抛射(Coronal Mass Ejection,CME)研究方面已取得的一些重要进展,主要包括(1)通过极紫外成像仪观测到的日冕极紫外暗化来更准确地估计CME质量,研究CME演化的结构特征;(2)利用STEREO卫星日冕仪的双角度观测,在CME立体传播特征方面取得的新进展;(3)STEREO卫星日球成像仪具有广阔的视场范围,可以跟踪研究CME从太阳表面爆发到形成行星际日冕物质抛射(Interplanetary CME,ICME),及其在内日球层和近地空间的演化特征以及运动特征等。同时,也介绍了利用三角测量技术测定CME特征物理量的新方法。     

远紫外光谱探测器FUSE

上一期中,我们提到了Astro-1和2上装有用于拍摄天体远紫外光谱的“霍普金斯紫外望远镜”（HUT）。HUT的目的之一,就是为今天将要出场的“远紫外光谱探测器（者）”（Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer,简称FUSE,也翻译成“远紫外分光探测器（者）”）做前期测试。     

紫外观测漫谈：机载天文台显身手

“国际紫外探测者”（IUE）把七十年代的紫外观测推上了顶峰。也许是IUE太过成功。导致八十年代该领域的航天活动相对沉寂。这十年里,唯一一颗成功的紫外卫星是苏联和法国合作的“天文1号”（Astron-1）。该卫星于1983年3月23日发射,工作到1989年夏天。其主要仪器是一架80厘米口径的紫外望远镜,同时兼顾X射线观测。进入20世纪90年代后,机载天文台开启了新的紫外观测纪元。