作品介紹

太空天文探測器:科學(xué)圖書館太空先鋒


作者:約瑟夫·A.安吉洛,宋濤     整理日期:2014-08-01 08:51:10

約瑟夫·A.安吉洛所著的《太空天文探測器(太空先鋒)》向讀者介紹了現(xiàn)代天文學(xué)和天體物理學(xué)知識,從光學(xué)天文學(xué)、伽馬射線天文學(xué)、X射線天文學(xué)直到紅外線天文學(xué)、紫外線天文學(xué);還介紹了眾多正在執(zhí)行天文觀測任務(wù)的太空天文臺,如美國國家航空航天局著名的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡、康普頓伽馬射線天文臺、錢德拉X射線天文臺、斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡和即將升空的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡等。
  通過閱讀《太空天文探測器(太空先鋒)》,讀者不僅可以了解天文學(xué)的發(fā)展史,還可以了解太空天文學(xué)的最新進展和未來發(fā)展趨勢。那些正在運行的航天器不僅是人類智慧的結(jié)晶,而且也是人類科學(xué)發(fā)展的偉大成就!短仗煳奶綔y器(太空先鋒)》配有許多精美的插圖和珍貴的照片,還有許多杰出的太空科學(xué)家的生平業(yè)績簡介。
  作者簡介:
  約瑟夫·A.安吉洛(JosephA.Angelo,Jr.),博士,退役美國空軍中校,現(xiàn)在是技術(shù)作家。作為洛林斯(Rollins)學(xué)院的一名物理學(xué)兼職教授,他教授天文學(xué)入門課程——“宇宙的演進”。安吉洛博士編寫有許多工具書,其中包括TheFactsonFile出版公司出版的《太空和天文學(xué)手冊》和著名的《太空與天文學(xué)百科全書》。
  目錄:
  主譯的話
  前言
  鳴謝
  簡介
  ◇1從原始人石刻到斯皮策天文望遠(yuǎn)鏡
  從原始人石刻到《天文學(xué)大成》
  當(dāng)代天文學(xué)中的星座
  天體測定學(xué)和伊巴谷號宇宙飛船
  伽利略和望遠(yuǎn)鏡天文學(xué)
  超新星
  探測氣球和深度探測火箭把人類帶向了太空
  電磁光譜
  菜曼·斯皮策和太空天文學(xué)的發(fā)展前景
  在美國國家航空航天局旗下的正在運行的天文觀測臺
  為天文學(xué)服務(wù)的機器人航天器主譯的話
  前言
  鳴謝
  簡介
  ◇1從原始人石刻到斯皮策天文望遠(yuǎn)鏡
  從原始人石刻到《天文學(xué)大成》
  當(dāng)代天文學(xué)中的星座
  天體測定學(xué)和伊巴谷號宇宙飛船
  伽利略和望遠(yuǎn)鏡天文學(xué)
  超新星
  探測氣球和深度探測火箭把人類帶向了太空
  電磁光譜
  菜曼·斯皮策和太空天文學(xué)的發(fā)展前景
  在美國國家航空航天局旗下的正在運行的天文觀測臺
  為天文學(xué)服務(wù)的機器人航天器
  ◇2高能天體物理學(xué):與宇宙面對面的科學(xué)
  基本粒子——它實際上是一個非常非常小的世界
  自然界中的基本力量
  艾薩克·牛頓爵士——世界上第一位天體物理學(xué)家
  美國國家航空航天局的高能天文觀測臺
  現(xiàn)代天體物理學(xué)的地位
  美國國家航空航天局的哥白尼號航天器
  ◇3發(fā)生在行星天文學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的一場革命
  對太陽系進行探測的一個黃金時代
  “維尼拉”號探測器和航天器
  進行行星探測的新一輪浪潮
  伽利略號太空探測任務(wù)
  卡西尼號和惠更斯號航天器
  火星探測漫游者航天器
  探測太陽系內(nèi)的小天體
  探訪近地小行星計劃
  “喬托歐空”號探測器
  星塵計劃
  深度撞擊任務(wù)
  “新視野”號冥王星——柯伊伯帶近天體探測航天器
  ◇4光學(xué)天文學(xué)和哈勃太空望遠(yuǎn)鏡
  安德斯·昂格斯特羅姆
  恒星和它們的生命周期
  參宿四
  亨利·諾里斯·羅素和赫羅圖
  埃德溫·鮑威爾·哈勃
  哈勃太空望遠(yuǎn)鏡
  ◇5伽馬射線天文學(xué)和康普頓伽馬射線天文臺
  伽馬射線爆發(fā)
  美國國家航空航天局的康普頓伽馬射線天文臺
  阿瑟·霍利·康普頓
  宇宙射線衛(wèi)星(COS-B)
  “魚燕”軌道觀測衛(wèi)星
  ◇6X射線天文學(xué)和錢德拉X射線天文臺
  X射線爆源
  美國國家航空航天局的錢德拉X射線天文臺
  薩拉馬尼安·錢德拉塞卡(也被稱為錢德拉)
  美國國家航空航天局的羅西X射線時變探測器
  美國國家航空航天局計劃中的星座X射線天文臺
  ◇7紅外線天文學(xué)和斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡
  斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡
  美國國家航空航天局的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡
  ◇8紫外線天文學(xué)和極端紫外線探測器
  國際紫外線探測器
  超新星1987A
  極端紫外線探測器
  遠(yuǎn)紫外線分光探測器
  美國國家航空航天局的星系演變探測器
  活躍的星系
  ◇9對最近的恒星的訪問:在太空對太陽進行物理學(xué)研究
  太陽:人類的父母星
  天空實驗室
  Yohkoh號宇宙飛船
  太陽和太陽風(fēng)層探測器
  尤利西斯航天器
  恒星探測器的飛行任務(wù)
  ◇10月球——天文學(xué)和天體物理學(xué)的觀測平臺
  月球基地的前景和相關(guān)概念
  月球
  月球遠(yuǎn)端無線電天文學(xué)和其他將來可能被使用的天文觀測設(shè)備
  軌道運行隔離設(shè)施
  ◇11尋找太陽系以外的行星、褐矮星和暗物質(zhì)
  太陽系以外的行星
  類地行星
  行星的中天現(xiàn)象
  褐矮星
  暗物質(zhì)
  ◇12宇宙微波環(huán)境下的難題
  早期的宇宙論
  哥白尼倡導(dǎo)的天文學(xué)革命
  創(chuàng)世大爆炸宇宙論
  宇宙論原則
  威爾金森微波各向異性探測器(WMAP)
  21世紀(jì)的宇宙論
  宇宙的命運
  暗物質(zhì)
  意識和宇宙
  引力
  黑洞
  ◇13結(jié)語
  大事年表
  譯者感言◇哈勃太空望遠(yuǎn)鏡
  哈勃太空望遠(yuǎn)鏡(HST)是歐洲航天局(ESA)和美國國家航空航天局的合作項目。它的目標(biāo)是在太空建立一個長期的光學(xué)天文觀測平臺,這個天文觀測平臺將為整個國際天文學(xué)界服務(wù)。這個正在運行的天文觀測設(shè)備是以美國天文學(xué)家埃德溫·鮑威爾·哈勃的名字來命名的。哈勃通過自己在20世紀(jì)上半葉所進行的具有開拓性的天文觀測活動,從根本上改變了人們對宇宙的體積、結(jié)構(gòu)和構(gòu)成的原有認(rèn)識。
  天文學(xué)家和太空科學(xué)家利用哈勃太空望遠(yuǎn)鏡對看得見的宇宙進行觀測,他們目前的觀測距離是以前從來沒有達(dá)到過的。他們還利用哈勃太空望遠(yuǎn)鏡來研究各種有趣的天文現(xiàn)象。例如,哈勃太空望遠(yuǎn)鏡在1996年的觀測結(jié)果顯示:宇宙中存在星系的數(shù)量要比先前科學(xué)家們預(yù)計的數(shù)量大約多出500億(10的9次方)個。
  哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的長度為43英尺(13.1米),它的直徑是14英尺(4.27米)。按照最初的設(shè)計,這個太空天文觀測臺提供的詳細(xì)觀測數(shù)據(jù)將覆蓋電磁光譜的可見光區(qū)、近紅外區(qū)域和紫外線區(qū)域。它的電力供應(yīng)系統(tǒng)包括兩塊太陽電池板(當(dāng)航天器進入運行軌道后它會展開),電池和電源調(diào)節(jié)設(shè)備。它的質(zhì)量為2.4萬磅(1.1萬千克)。這個自由飛行的天文觀測平臺在1990年4月25日被STS-31號航天飛機首先放置在375英里(600千米)的低地球軌道。當(dāng)時,STS-31號航天飛機正在執(zhí)行“發(fā)現(xiàn)號”太空探索任務(wù)。
  在哈勃太空望遠(yuǎn)鏡被成功發(fā)射以后的若干年里,總有一些重大的事件發(fā)生。其中包括科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了天文望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)系統(tǒng)存在球面像差——這一瑕疵嚴(yán)重威脅到太空望遠(yuǎn)鏡的實用性。然而,人們最終還是找到了解決這個問題的實用方案。STS-61號航天飛機在1993年12月執(zhí)行“奮進號”航天任務(wù)時成功地完成了對哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的在軌檢修。球面像差的影響被克服了,哈勃太空望遠(yuǎn)鏡又恢復(fù)了正常的工作狀態(tài)。在執(zhí)行這次任務(wù)期間,宇航員用第二代廣域和行星照相機更換了最初的廣域和行星照相機。第二代廣域和行星照相機中的中繼反射鏡產(chǎn)生的球面像差可以抵消整個觀測系統(tǒng)主鏡的球面像差。主鏡的邊緣厚度為2微米,如果第二代廣域和行星照相機中的修正鏡片的厚度也是2微米,那就顯得太厚了。除此以外,宇航員在檢修任務(wù)時還用“太空望遠(yuǎn)鏡光軸補償校正光學(xué)儀(COSTAR)”取代了高速光度計。按照設(shè)計,COSTAR可以用來改正其他3個實驗設(shè)備主鏡的球面像差。這3個設(shè)備分別是:歐洲航天局制造的暗天體照相機(FOC),暗天體攝譜儀(FOS)和戈達(dá)德高解析攝譜儀(GHRS)。
  在1997年2月,“STS-82”號航天飛機在執(zhí)行“發(fā)現(xiàn)號”航天任務(wù)時,成功地完成了對哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的第二次檢修(HSTSM-02)。作為這次檢修任務(wù)的一部分,宇航員們?yōu)楣胀h(yuǎn)鏡安裝了太空望遠(yuǎn)鏡影像攝譜儀(STIS),近紅外線照相機和多目標(biāo)分光儀(NICMOS)。宇航員們同時利用這些設(shè)備分別替換掉戈達(dá)德高解析攝譜儀(GHRS)和暗天體攝譜儀(FOS)。STIS可以在4個光譜波段的范圍內(nèi)對宇宙進行觀測。它的觀測范圍從紫外線區(qū)域,延伸到可見光區(qū)域并進入近紅外線區(qū)域。天文學(xué)家們可以利用STIS來分析天體的溫度、構(gòu)成、運動和其他重要特征。由于NICMOS的波長范圍在近紅外線區(qū)域內(nèi),天文學(xué)家們可以利用它來觀測由塵埃構(gòu)成的星系內(nèi)核并研究位于恒星周圍的有趣的圓盤。這里提到的星系是銀河系中十分活躍的中心星系。這些有趣的圓盤是由原行星構(gòu)成的。
  1999年11月13日,由于第四個陀螺儀失靈了,地面指揮中心的工作人員讓哈勃太空望遠(yuǎn)鏡進入安全模式。在安全模式下,哈勃太空望遠(yuǎn)鏡不能對天體目標(biāo)進行觀測。但是,它的整體安全性能得到了保證。這種保護模式使地面指揮中心可以控制哈勃太空望遠(yuǎn)鏡。由于只有兩個陀螺儀處于工作狀態(tài),哈勃太空望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)觀測目標(biāo)的精確度無法達(dá)到進行科學(xué)觀測的技術(shù)要求。為了保護光學(xué)儀器,地面指揮中心的工作人員將哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的孔徑門關(guān)閉,然后他們又調(diào)準(zhǔn)了航天器的方向以確保太陽電池板可以接收到充足的太陽光。
  1999年12月19日,7位宇航員登上了“發(fā)現(xiàn)號”航天飛機。航天飛機從肯尼迪航天中心起飛,這次航天飛行的任務(wù)是對哈勃太空望遠(yuǎn)鏡再一次進行在軌檢修。當(dāng)哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的第三個陀螺儀失靈時(為了保證科學(xué)觀測的精確度,太空天文望遠(yuǎn)鏡至少需要3個能進行正常工作的陀螺儀),美國國家航空航天局決定將第三次檢修任務(wù)分為兩個階段:3A檢修任務(wù)(SM3A)和3B檢修任務(wù)(SM3B)。在6天的時間里,宇航員先后3次在太空船以外對哈勃太空望遠(yuǎn)鏡進行了檢修。他們換掉了一些破舊和過期的設(shè)備,完成了SM3A階段的關(guān)鍵任務(wù)。在這一階段,最重要的任務(wù)是替換使望遠(yuǎn)鏡可以準(zhǔn)確對準(zhǔn)天體目標(biāo)的陀螺儀。宇航員還為哈勃太空望遠(yuǎn)鏡安裝了高級中心計算機、電子數(shù)據(jù)記錄器、電池改善工具和新的絕熱毯。在發(fā)現(xiàn)號和它的宇航員(于12月27日)安全地返回地面以后,負(fù)責(zé)哈勃太空望遠(yuǎn)鏡飛行的地面指揮中心的工作人員開啟了使哈勃太空望遠(yuǎn)鏡進入正常運行狀態(tài)的開關(guān)。由于這次檢修任務(wù)的成功完成,哈勃太空望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)煥然一新,它又可以執(zhí)行各種天文觀測任務(wù)了。
  第三次檢修任務(wù)的第二階段在2002年3月進行。美國國家航空航天局將哥倫比亞號航天飛機發(fā)射升空。這樣,7名宇航員可以同哈勃太空望遠(yuǎn)鏡會面并對它進行升級改造。“STS-109”號任務(wù)也被稱為SM3B。這次任務(wù)開始于2002年的3月1日。在執(zhí)行這次任務(wù)期間,宇航員一共進行了5次太空行走。他們的主要任務(wù)是為哈勃太空望遠(yuǎn)鏡安裝一臺新的科學(xué)實驗設(shè)備,它就是先進的巡天照相機(ACS)。這臺設(shè)備把已經(jīng)為人類服役了將近12年的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡帶入了21世紀(jì)。ACS具有觀測視野廣、圖像質(zhì)量清晰和敏感度高等特征。在ACS的幫助下,哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的觀測范圍擴大了一倍。在數(shù)據(jù)收集量方面,ACS是第二代廣域和行星照相機(HST早期使用的觀測設(shè)備)的10倍還多。
  在執(zhí)行這次任務(wù)的過程中,宇航員還對哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的電力供應(yīng)系統(tǒng)進行了升級改造。他們換掉了已經(jīng)使用8年的4塊太陽能板。取而代之的是體積更小,硬度更大的新的太陽能板。它們可以多產(chǎn)生30%的電力。在進行最后一次太空行走的過程中,STS-109的宇航員為哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的近紅外線照相機和多目標(biāo)分光儀安裝了新的冷卻系統(tǒng)。在原有的冷卻劑被耗盡以后,這兩個觀測設(shè)備一直處于休眠狀態(tài)。原有的冷卻劑的重量為220磅(100千克),它是一種由氮構(gòu)成的固態(tài)冷卻劑。新的冷卻系統(tǒng)可以使NICMOS的紅外探測器的溫度下降到-315度F(-193攝氏度)以下。最后,宇航員還替換了4個反應(yīng)輪配件中的一個,這4個反應(yīng)輪配件構(gòu)成了哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的對準(zhǔn)控制系統(tǒng)。
  2004年1月16日,美國國家航空航天局的執(zhí)行官奧基弗宣布取消對哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的第四次檢修任務(wù)。按原計劃,這次檢修任務(wù)將在2006年進行,這也是航天飛機最后一次針對哈勃太空望遠(yuǎn)鏡進行太空飛行。在這期間,宇航員除了進行檢修工作以外,還要為哈勃太空望遠(yuǎn)鏡安裝新的實驗設(shè)備。在哥倫比亞號失事(2003年2月1日)以后,美國國家航空航天局的執(zhí)行官在制定新的航天飛行計劃時,首先要考慮它的安全系數(shù)。然而,美國國家航空航天局的現(xiàn)任執(zhí)行官邁克爾·格里芬已經(jīng)決定利用航天飛機再一次對哈勃太空望遠(yuǎn)鏡進行檢修,這項任務(wù)已經(jīng)被列入美國國家航空航天局2007年度的財政預(yù)算中。
  除此以外,美國國家航空航天局還考慮用機械臂捕獲哈勃太空望遠(yuǎn)鏡并讓它脫離現(xiàn)在的運行軌道(這是一個備份計劃)。美國國家航空航天局的管理者們無法讓哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的生命周期超過2007年。這是因為它的兩個關(guān)鍵部件需要更換或檢修。這兩個關(guān)鍵部件就是陀螺儀和電池。哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的替代者是詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡。按目前的計劃,它將在2011年8月被發(fā)射升空。
  雖然哈勃太空望遠(yuǎn)鏡在夜以繼日地工作,它并非把全部的時間都花在對宇宙的觀測上。哈勃太空望遠(yuǎn)鏡每運行一周大約要花95分鐘。其中一部分時間用來處理日常事務(wù),另一部分時間用來進行天文觀測。這些日常事務(wù)具體包括:獲取新的觀測目標(biāo)、避開太陽或月亮、改變通訊天線的方向和數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪J、接受地面關(guān)于工作安排的指令、下傳實驗數(shù)據(jù)、校準(zhǔn)實驗儀器和其他類似的活動。負(fù)責(zé)指揮和協(xié)調(diào)哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的科學(xué)探測活動的是霍普金斯大學(xué)的太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究院,它位于馬里蘭州巴爾迪摩的厚姆伍德校區(qū)。
  P108-113





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太空天文探測器:科學(xué)圖書館太空先鋒的作者是約瑟夫·A.安吉洛,宋濤,全書語言優(yōu)美,行文流暢,內(nèi)容豐富生動引人入勝。為表示對作者的支持,建議在閱讀電子書的同時,購買紙質(zhì)書。

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