NASA最新伽马射线天文台

文/Robert Naeye

译/卢克

即将发射的卫星将为我们在观测宇宙中最高能的“灯塔”上带来最好的视野。

明天的巨无霸望远镜

文/Jonathan Lowe

译/林清

伽利略望远镜的放大倍率在今天看来小得可怜，但在人类科学史上却引发了一场革命。从那以后，望远镜口径的每一次增大，都导致我们认识宇宙的眼界又一次扩展。不久的将来，“超大望远镜”即将投入使用。天文学家们将可以看到更加黑暗的深空，从而解开更多复杂的宇宙之谜。

星空在线

文/东方星

    空间望远镜是太空时代发展起来的新兴技术，它帮助人们摆脱了地球大气层的限制，可以在电磁波谱的全波段进行天文观测，并取得了令人震撼的科学成果，是人类最值得骄傲的成就之一。

    自从伽利略制造出第一架科学意义上的望远镜之后，天文学取得了长足的进步。然而，无论仪器多么先进，在地面观测总是受到很大的局限，因为宇宙中的天体发出的绝大部分电磁辐射被地球大气遮挡了，只有一小部分能够达到地面，所以在地面用光学天文望远镜或者射电天文望远镜所能观测的宇宙只是很小、很不完整的一部分，不能全面地了解宇宙的真面貌。

        20世纪问世的空间望远镜则不存在这一缺陷，它革命性地改变了以往坐地观地、坐地观天的传统，摆脱大气层的封锁，因为空间望远镜是在几百至几千千米高度的地球大气层外飞行，在那里没有大气的遮挡，望远镜可在全波段范围内对宇宙进行详细观测，为人类进一步探测和了解宇宙空间创造了有利条件，使天文学产生了巨大的飞跃。空间望远镜技术促进了一门新兴的学科——空间天文学的诞生，

太空中的天文台

    空间望远镜上装有各种不同的探测仪器，所以它实际上是把天文台搬到太空上。与其它人造地球卫星相比，空间望远镜有一些与众不同之处，比如：其指向精度要求很高；对卫星结构要求很高；卫星上的观测仪器复杂。

    空间望远镜主要观测波段可以分为红外、紫外、X射线、γ射线和可见光等。工作在不同波段的空间望远镜有着专门的用途。1968年升空的“轨道天文台”是最早专门的紫外空间望远镜，第一台专用的X射线望远镜是1970年发射的小型天文卫星1号，1972年入轨的小型天文卫星2号则是第一台专用的γ射线空间望远镜，用于红外观测的第一台空间望远镜于1983年进入太空。

    从20世纪90年代起，美国开始实施“大天文台计划”（Great Observatories Program），陆续发射哈勃空间望远镜（HST）、康普顿γ射线天文台（CGRO）、钱德拉X射线天文台（CXO）和斯必泽空间望远镜（SST）4台大型空间望远镜。这“四大天王”覆盖了电磁波谱大部分波段，取得了大量天文观测成果。

    与此同时，欧洲和日本也相继把“红外空间观测器”、XMM-牛顿X射线多镜面望远镜、天文-F红外天文卫星等先进的空间望远镜送入轨道，它们个个身手不凡，硕果累累。

文/尹其丰

    美国西弗吉尼亚州坡卡洪塔县的Green Bank（绿岸），原来是一个无人知晓的山区小城。自从美国国家射电天文台（NRAO）在这里建起了世界上最大的全天可动的单天线射电望远镜——绿岸望远镜（Green Bank Telescope ，缩写GBT），荒凉的小城变成了天文学家的科学殿堂。

    西弗吉尼亚州在美国属于不发达的州，而绿岸所在的坡卡洪塔县的野生动物非常之多，以黑熊为例，全县的黑熊总数大于人口总数（九千左右）。黑熊是北美洲存在最多的一种熊类动物， 它不是源于北美洲，而是在大约五十万年前从亚洲经白岭海峡迁移过去的。由于它和人类相处很好，几乎从未有过伤害人的事件。

    美国国家射电天文台在绿岸建台之前，那里曾有一个小农场坐落在群山脚下。为什么在这样一个荒凉的地方建造如此尖端复杂的巨型科学设备？ 究其原因, 就是因为这里是美国唯一的射电宁静区。美国联邦通信委员会（FCC）于1958年规定，为保护射电望远镜不受干扰，在绿岸附近34000 平方公里范围内，禁止无线电发射。为了维护这一规定，美国国家射电天文台 每天派出皮卡车侦测有无无线电干扰，并测出其方位，然后去制止。有不少时候发现干扰不是人为的，例如变压器短路造成的打火。这时美国国家射电天文台的侦测人员会立即通知有关单位进行修理，排除无线电干扰。 当然，这一规定限制了当地居民使用手机所带来的方便。但从开始规定至今半个世纪以来，一直得到很好的遵守。

    绿岸望远镜，通常被称为100米的全天可动的世界上最大的射电望远镜。然而，实际上它是110米×100米的抛物面。这一巨大结构是由地平转轨和高度转动轴来带动， 它保证让望远镜指向地平线高5度以上的天空任何方向。这架望远镜是置于直径64米的圆型水平轮轨上。在如此大的轮轨上，其射电望远镜的水平精度要在0.1毫米之内。这个射电望远镜可移动的结构重量为7300吨。绿岸望远镜的设计是非同寻常型的。通常射电望远镜的天线都有若干支架以支持次级反射面，这种支架会阻碍电磁波从而影响天线的精确指向，绿岸望远镜采取的是不遮挡设计。这种不遮挡设计虽然使造价昂贵但却具有无与伦比的科学先进性。为了实现这种不遮挡设计，在望远镜的主轴外有一巨大的馈源臂。这个射电望远镜的主反射面是非对称表面。它实际上是208米直径的旋转抛物面中的110米×100米的一部分。

文/吴鑫基

    导语：20世纪30年代人类首次发现来自宇宙的无线电波，导致了射电望远镜的诞生。射电望远镜刚一出现就显示出极大的优越性，它可以不分白天黑夜，也不管是晴空万里还是阴云密布，随时都可以进行观测，是一种“全天候”望远镜。射电望远镜虽然仅仅只有70多年的历史，但已经历了从小口径到大口径，从米波段到毫米波段，从单天线到多天线，从地面到太空的发展过程，很快就步入了鼎盛时期

射电天文已经成为重大天文发现的发祥地之一，20世纪60年代射电天文学的“四大发现”，即脉冲星、星际分子、微波背景辐射和类星体的发现成为20世纪中最为耀眼的天文学成就。近30年来，天文项目获得的10个诺贝尔物理学奖项中，射电天文占一半。

射电天文学的诞生 

        20世纪30年代，一位既不懂天文，也并不喜欢天文的年青人，美国无线电工程师央斯基发现了来自宇宙的无线电波，从而揭开了无线电天文学的序幕。天文学家把这一新学科称之为射电天文学，央斯基成为射电天文学的开创者。

央斯基和射电天文学的诞生

    央斯基于1905年10月出生在美国。他的父亲是捷克后裔，但早已在美国定居并成为威斯康星大学的一名教授。卡尔•央斯基在他父亲任教的大学取得物理学学士学位，毕业后留校任教1年。1927年他到贝尔电话实验室工作。当时，无线电电话刚刚开始运营，从伦敦打电话到纽约3分钟时间要75美元，不仅很贵，通话中还常常受电磁干扰。第一台无线电话使用的频率极端地低，只有60KHz，波长则长达5千米。到1929年，频率提高到10－20MHz，但电话仍然受到很强的名来源不明的电磁干扰。央斯基被指派去研究短波无线电通讯中的天电干扰问题。所谓天电干扰是指来自空间的无线电波的干扰，后来才知道，这些干扰来自大气中的雷电、太阳耀斑爆发引起的地球电离层的扰动和来自宇宙天体的无线电辐射。

         1931年12月，央斯基研制了一台由天线和接收机组成的设备，天线看上去有点像飞机翅膀的骨架，下面安上了四个轮子，可以在一个马达的带动下旋转起来，被称为“旋转木马”。

    央斯基首先发现了两种天电干扰讯号，一种是附近的雷暴活动引起的，另一种是由远至100英里以外的雷暴经过电离层反射而来的。1932年1月央斯基又发现一种十分微弱而又十分稳定的干扰信号，这使央斯基产生了很大的兴趣。起初，他认为是来自太阳，但经多次监测才发现这种干扰信号是来自银河系的中心——人马星座的方向，1932年正式确认发现了银河系中心的射电辐射。射电天文学从此诞生了。

    央斯基发现银河系的射电辐射虽属偶然，但这是在无线电通讯发展到一定程度的产物，是偶然中的必然。当然，这与央斯基个人丰富的学识、敏锐的思想和对新现象穷追不舍、非要弄清个水落石出才摆手的精神和品质有关。

文/卞毓麟

    自从伽利略发明天文望远镜以来，光学望远镜经历了一次又一次的变革。从小口径望远镜到大口径望远镜，从折射望远镜到反射望远镜，威力不断增加。从用来观察肉眼可见的天体到探索浩瀚的深空，天文学也随之取得了长足进步……

望远镜的童年

    人类从很早的时候起，就注意到了光的折射现象。一根直棍斜着浸入水中，它仿佛就在空气和水的界面处弯折了。把它取出水面，看到的还是一根直棍。弯折的并不是棍，而是光。

    光在空气中传播，如果射到一块表面弯曲的玻璃上，那么垂直于曲面入射的光线将会进入玻璃继续沿直线传播，而不发生折射。但是，如果玻璃表面是凸的，它向着光源鼓起，那么射在偏离曲面中心某处的光线，将会倾斜地进入玻璃，并朝中心方向弯折。光的入射点离曲面的中心越远，就折射得越厉害。结果，射到曲面玻璃上的光就会聚到了某个“焦点”或焦点附近。

    人们肯定早就知道放大现象。例如，树叶上的露珠可以放大树叶的叶脉图案。如果太阳光穿过一个注满水的球形玻璃容器，那么原本布及整个球面的光线就会聚集到焦点上，使位于焦点处的物体变热，甚至燃烧发出火焰。相传古希腊科学家阿基米德就曾用这种“燃烧玻璃”烧毁了围攻其故乡西西里岛叙拉古的罗马舰队。虽然这在事实上几乎不可能，但因古罗马哲学家塞涅卡记述了此事，它便成了著名的历史传说。

         13世纪的英国学者罗杰?培根已经利用放大镜来帮助自己阅读，并建议人们戴上透镜以改善视力。在意大利，公元1300年前后就开始用凸透镜制作眼镜了，这对老年人很有用，故俗称“老花镜”。反之，凹透镜则有助于纠正近视。公元1450年前后，近视眼镜开始付诸实用。眼睛的种类很多，总的说来，如果透镜的中央部分比边缘薄，那么它将有助于纠正近视；如果中央比边缘厚，则有助于纠正远视。

    在16世纪，荷兰人很善于制造透镜。相传就在一家荷兰眼镜店铺里，偶然有了一项新发现。

    地处阿姆斯特丹西南约130千米的米德尔堡市，有一位名叫汉斯?利帕席（Hans Lippershey）的眼睛制造商。1608年的某一天，学徒趁他不在，闲暇之余通过那些透镜窥视四周自娱自乐。最后，这个徒弟拿了两块透镜，一近一远地放在眼前，结果惊讶地看到远处教堂上的风标仿佛变得又近又大了。

    利帕席立刻明白了这项发现的重要性，并且认识到应该将透镜安装到一根金属管子里。他将这种装置称为“窥器”（looker）。后来，人们还曾称它为“光管”（optic tube）或“光镜”（optic glass）。直到1667年，英国诗人约翰?弥尔顿还在他的名著《失乐园》中，把这种仪器称为“光镜”。另外，也有人建议将其称做“透视镜”（perspective glass）。

    不过，早在1612年，希腊数学家爱奥亚尼斯?狄米西亚尼就建议使用“望远镜”这个名称了。英语中，望远镜称为telescope，它源自希腊语中的tele（意为“遥远”）和skopein（意为“注视”），也就是说，它使人们能够注视遥远的物体。1650年前后，这一名称站住了脚。

文/周旭

    南极，一年四季风雪肆虐，气候酷寒，尤其是南极内陆冰盖海拔最高的冰穹A地区，环境极端恶劣，被称为“人类不可接近之极”。然而，也正是这样的条件，使冰穹A地区成为地球上最好的天文观测台址。2007年底，两位天文学家随中国第24次南极科学考察队奔赴南极内陆冰盖，顺利实现人类历史上的第二次、中国历史上第二次登顶南极“冰盖之巅”。在冰穹A半个月的时间，他们经过艰苦卓绝的努力，克服重重困难，成功搭建了中国首座南极高原天文观测站，实现了在南极观测宇宙星空的梦想。

启航

2007年11月12日，上海民生港码头。

    今天是“中国第24次南极科学考察队”出发的日子。一大早，码头就被打扫得干干净净，提前搭好的“中国第24次南极考察队暨雪龙船启航欢送仪式”的主席台上也摆满了鲜花，整个码头被前来送行的亲朋好友塞得满满当当。

        曾经创造了多项南极科考史上第一的“雪龙”号考察船刚刚经过一番改造，改造后的“雪龙”号提高了科学考察能力、航行自动化及安全性、船员居住的舒适性，新增了实验室面积300平方米，并实现了机舱无人化、科考数据实时传输、互联网接入居住舱等目标。今天的“雪龙”号焕然一新，与每次出发前一样，周身都挂起了祝福的标语，默默注视着身边攒动的人群。

    前方是极地探险的诱惑，身后有家园亲人的眷恋。鲜花、掌声、微笑，惜别的泪水；祝福、叮咛、嘱托，长长的期待。南极科考队每次的远行，都是沉浸在亲人朋友给予的温暖中。

    欢送仪式简短而隆重。长亭古道的缠绵长路被简约成一个短短的舷梯，芳草连天的良辰美景被浓缩在一个人声鼎沸的码头。

    随着一声长鸣，“雪龙”号考察船缓缓驶离了码头，船上的队员齐声高呼着再见，中国第24次南极考察队就这样出征了。

    由于工作安排，包括我在内的部分科考队员并没有搭乘“雪龙”号从上海出发，而是直接飞往澳大利亚的弗里曼特尔（Fremantle）港，再登上将于那里停靠的“雪龙”号，一起奔赴南极。身为此次科考队员之一，虽然我今天并不随同“雪龙”号出发，但还是特地飞来上海，参加了考察队的欢送仪式。望着渐渐远去的“雪龙”号，我的心似乎也跟着它一起启航了。

文、供图/国家天文台月球与深空探测科学应用中心

    月球上有一些面积较小的暗黑色区域，与月海一样，这些盆地里面填充的也是玄武岩熔岩，但由于面积比月海小一些，还不能称为月海，因此就称之为月湖。

    与地球河流筑坝形成的湖类似，月湖位于相对低洼的地区，形状多为长条、不规则状。月湖的名称，常以春夏秋冬等与时间相关或喜怒哀乐等与情绪相关的名字来命名，因此有春湖、冬湖之称，也有喜悦湖、悲伤湖、恐惧湖、温柔湖之谓。目前统计，月球表面的月湖总共20个，其中面积最大的是梦湖，面积约7万平方千米，它与面积约2万平方千米的死湖都位于澄海北部。春湖、夏湖、秋湖和冬湖都呈细长形，面积不大，都位于东海盆地的西部。

    至2008年1月，“嫦娥一号”卫星已获取了不少月湖的照片。

    夏湖（Lacus Aestatis）位于月球正面，中心地理坐标为南纬15.0°、西经69.0°，直径为90千米，形如一名甩开膀子，正在奋力向前奔跑的体育健儿。

    夏湖面积约为370平方千米，湖中填充的是火成碎屑沉积。1970年之前，夏湖一直被当做是一个月海，称为“夏海”。1970年，国际天文学会进一步规范了月海和月湖的命名标准，从而把夏海改为夏湖。