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紫外天文學（紫外天文學）

次瀏覽 | 更新時間：2023-05-16

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紫外天文學

通過電磁波的紫外線波段研究天體的一門學科。紫外線波段介于可見光和X射線之間，在100～4000埃范圍內(nèi)。

基本信息

外文名	ultra-violet astronomy
分類	太陽系、非太陽系紫外天文學
定義	通過電磁波的紫外線波段研究天體的一門學科

簡介

地球大氣對紫外線有吸收作用，對于波長為2000～3000埃的紫外線，尚可用高度達50公里的氣球進行觀測，如要觀測整個紫外波段就必須利用探測火箭和衛(wèi)星。在地球大氣外雖可對太陽及其行星進行整個紫外線波段的研究，但對太陽系外天體的研究還受到星際氣體吸收的限制。氫原子的賴曼系限外的連續(xù)吸收，即使對非常靠近的星體也是很嚴重的，所以紫外天文學的研究范圍實際上只限于 912～3000埃之間。觀測波段向紫外區(qū)擴展的重要性是顯而易見的，因為通常元素的中性和電離態(tài)的共振線，在紫外區(qū)要比可見光區(qū)豐富得多，而共振線對研究天體的物理狀態(tài)和化學組成是最為敏感的（見共振吸收）。

太陽系紫外天文學　紫外研究的第一個天體是太陽。太陽紫外光譜中有許多高電離硅、氧、鐵等元素的譜線，為太陽色球與日冕間過渡層和耀斑活動的研究提供極有價值的信息（見太陽紫外輻射）。由于許多原子和分子的共振線屬于紫外區(qū)，又由于在此波長上分子的散射比起固體粒子的散射更為重要，因此通過對太陽系內(nèi)的行星、彗星等天體的紫外光譜、反照率和散射的觀測，有助于確定它們大氣組成，從而建立大氣模型。

非太陽系紫外天文學　紫外觀測對于早型星包括 O、B、A型星（見恒星光譜分類）、白矮星和行星狀星云的中心星都是非常重要的，因為它們在紫外區(qū)有最強的輻射；對于晚型星包括F、G、K和M等型，其重要性和太陽類似，是研究恒星色球和星冕，尤其是二者之間的過渡層必不可少的手段（見恒星紫外輻射）。

紫外觀測對于星際物質(zhì)的研究有特殊意義。星際物質(zhì)包括星際塵埃（小固體粒子）和星際氣體兩部分。星際塵埃對不同波長的星光有不同的消光作用，即產(chǎn)生所謂星際紅化。消光曲線對恒星天文和星際塵埃的研究都十分重要。消光曲線向紫外的擴展已經(jīng)給我們以新的認識。紫外區(qū)消光曲線的特點是在1/λ=4.6微米-1 (λ為波長）附近有一相當明顯的隆起；在1/λ=5.5～7.5微米-1 的范圍內(nèi)有相當寬的極小；并且總的說來是向遠紫外很快上升的。這個觀測表明星際塵埃中含有直徑 100埃左右的石墨粒子。關于星際氣體，已有的資料主要來自可見光區(qū)中性鈉和電離鈣的共振線的星際吸收測量和中性氫21厘米譜線射電觀測。不少星際分子、原子和離子的共振線在紫外區(qū)，氫的賴曼系α譜線Lα就是一個例子。通過對早型星的Lα線星際吸收的測量，可確定星際氫原子分布，其精度比21厘米射電觀測為高，并且還可以作出氫與其他星際氣體成分含量的精確比較。還有許多星際氣體的譜線出現(xiàn)在紫外區(qū)，如CⅠ、CⅡ、NⅠ、NⅡ、OⅠ、SiⅡ等等。分子氫的賴曼帶處在波長短于1108埃的紫外區(qū)，它在密的塵埃云中已被觀測到。又如一氧化碳也在紫外光譜中被找到，通過紫外觀測確定了12 C和13 C的比值。隨著望遠鏡口徑和光譜色散的增大，紫外觀測一定會大大擴充我們對星際氣體的成分和物態(tài)的認識。

根據(jù)已有的認識，不論正常星系或特殊星系，在紫外區(qū)都會有強的輻射。由于星系的輻射有較大紅移，因此它們的紫外線可避開星際氫對Lα線的嚴重吸收，并打破短于 912埃的禁區(qū)而提供重要的信息。星系紫外研究不僅能增進對星系物態(tài)的認識，并可以延伸其紅移的測量。紫外觀測表明，星系在紫外區(qū)有較大的紫外色余,可能是存在較多的熱星的緣故。星系的研究需要有較大的望遠鏡，因而星系的紫外研究是紫外天文學下一階段的任務。

紫外探測設備　目前紫外天文學在研究對象上和研究課題上都是同傳統(tǒng)的光學天文學密切配合的，實質(zhì)上是波段范圍向紫外的自然延伸。紫外天文學在方法和技術上與傳統(tǒng)的天文光學也很相似。紫外天文學除了與空間天文學一樣對火箭、衛(wèi)星等技術有共同的要求外，還要求有較大的望遠鏡(除太陽的低分辨率光度測量外)和望遠鏡終端設備。當然就所用設備的材料而言，與可見光區(qū)是不同的。成像系統(tǒng)和探測器所用的透射材料有氟化鋰、氟化鎂、藍寶石和熔石英等。氟化鋰的截止波長最短，為1050埃，氟化鎂次之，為1130埃，但氟化鎂在潮濕空氣中的性能遠比氟化鋰為佳，是波長長于1200埃范圍時最常用的材料。反射鏡面和光柵涉及反射用的鍍膜材料，與可見光區(qū)一樣，最廣泛采用的是鋁；但在紫外區(qū)要得到好的反射性能必須防止鋁形成氧化膜，為此要在光潔的鋁面上鍍一層極薄的氟化鎂作為保護層。這種保護層如厚度恰當，還可以因干涉作用而使反射效率進一步提高。衛(wèi)星上用的鏡面材料須輕而結實，鈹較為合適，但其熱膨脹不均勻性較嚴重，不適用于高精度的觀測。目前使用的低膨脹系數(shù)的材料有微晶玻璃、熔石英等；康定-7971超低膨脹熔石英，在5～35℃溫度范圍，平均線膨脹系數(shù)為 0.2×10-7 /℃。紫外觀測同可見光波段觀測一樣，所用的探測器有照相乳膠、光電倍增管和像增強器等光電成像器件；不過在紫外區(qū)還可使用與X射線測量中類似的氣態(tài)電離室和正比計數(shù)器，但須采用合適的氣體和窗口材料。一般照相乳膠只適用于波長2200埃以上的紫外光，如用于2200埃以下的波段，或者要增加熒光物質(zhì)，以便把2200埃以下的輻射轉化為有反應的波長，或者要減少明膠（即舒曼乳膠）。對于較短波長的探測必須采用無窗式的紫外光電倍增管。適用于可見光區(qū)的高靈敏光陰極材料也可用于紫外區(qū)。不過既要用于3000埃以下探測，必須對3000埃以上不敏感，因此只好采用Cs2Te和Rb2Te。對于波長范圍2000埃以下的探測，可選用鹵化堿作光陰極。近年來制成供空間探測用的多通道電子倍增器也可用于遠紫外。由這種儀器發(fā)展而成的微通道板電子倍增器則已成為圖像研究的重要工具。在圖像探測方面和可見光區(qū)一樣，還可利用電子照相機、像增強器、電視攝像管和像光子計數(shù)器等。

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