[科普中国]-伦琴卫星

简介

伦琴卫星（Röntgensatellit，缩写为ROSAT）是德国、美国、英国联合研制的一颗X射线天文卫星，为纪念发现X射线的德国物理学家伦琴而命名。

这颗卫星原计划由航天飞机发射，由于挑战者号事故，推迟到1990年6月1日，用德尔塔II型火箭在美国卡纳维拉尔角发射升空。

1999年12月12日，伦琴卫星停止工作。伦琴卫星重2.4吨，搭载有两台成像望远镜，工作波段分别为0.1-2.4keV的软X射线与0.06-0.2keV的极紫外线。其中X射线望远镜采用四层沃尔特I型掠射式望远镜，总接收面积为1140平方厘米，分辨率可达五角秒。

1990年7月到1991年2月，伦琴卫星进行为期6个月的软X射线巡天观测。

1990年7月4日，卫星开始了为期6个月的全天空观测，这是第一次软X-射线全天空观测。

1991年5月和1993年11月，星上Y轴.X轴陀螺相继失效，卫星靠磁强计和太阳敏感器定向，指向能力下降20%，但仍取得了满意的观测效果。在后来的9年里，伦琴卫星探测到150,000个X射线源，取得一批重要的成果，包括拍摄到月亮的X射线照片、观测超新星遗迹和星系团的形态、探测分子云发出的弥散X射线辐射阴影、孤立中子星、苏梅克-列维9号彗星与木星碰撞发出X射线、双子座X射线源杰敏卡的脉动等等，还发现彗星的X射线辐射。

三个国家负责部分德国负责卫星平台的建造和运行,提供X射线望远镜的镜身及两个X射线探测器PSPC。

美国负责卫星的发射并提供另一个X射线探测器HRI。

英国负责建造工作于紫外波段的宽视场照相机(WFC)。

其中PSPC具有25角秒的空间分辨能力和较好的能量分辨率,HRI具有5角秒的空间分辨率但基本不具备能量分辨能力。在ROSAT运行的前半年中,首先用一个PSPC和WFC进行了全天巡天观测,共发现了约80000个X射线源和约500个紫外源。在余下的7年多时间内,ROSAT完成了来自26个国家的650位科学家提出的9000多次定点观测,获取了大量的、远远超出预期的科学数据。在定点和巡天观测中,ROSAT共发现了15万多个X射线源,是它之前所发现X射线源数目的20倍。1

坠落情况伦琴卫星在制导系统出故障后于1999年报废后，在太空无目标遨游了12年。最初，德国认为它将在重入大气后被完全烧毁，但它运行的轨道越来越接近地球。专家称，它的残骸最早将于2011年10月末撞击地球，最大碎片有400公斤，是美国2011年9月24日坠毁卫星最大碎片的3倍重。

据NASA的专家计算，伦琴天文卫星的坠毁引起人员伤亡或财产损失的机率是两千分之一，比这次美国的高层大气研究卫星高出近一倍。美国高层大气研究卫星的碎片一共是26块，而德国卫星则有30块。伦琴卫星可能给地球带来的最大危险是其装载的用于捕捉太空射线的镜片，这些碳纤维强化材料制成的镜片都经过极好的保护处理，应该可以抵御进入大气层时的高温。

据德国航天中心透露，观测卫星“伦琴卫星”可能坠落地面的是最多约30个燃烧未尽的零部件（重量约1.7吨）。《明镜周刊》的报道称，欧洲航天局（ESA）负责人表示“北京在坠落圈内”。经过计算，如果卫星穿越大气层的时间晚7-10分钟，就很有可能坠落在北京。2011年10月23日在孟加拉湾上空坠入大气层，尚未确认是否造成人员受伤。2

携带设备伦琴卫星上搭载有两台成像望远镜，工作波段分别为0.1-2.4keV的软X射线和0.06-0.2keV的极紫外线。其中X射线望远镜采用4层沃尔特I型掠射式望远镜，总接收面积为1140平方厘米，分辨率可达5角秒。1990年7月到1991年2月，伦琴卫星进行了为期6个月的软X射线巡天观测。在后来的9年里，伦琴卫星探测到了150,000个X射线源，取得了一批重要的成果，包括拍摄到了月亮的X射线照片、观测了超新星遗迹和星系团的形态、探测了分子云发出的弥散X射线辐射阴影、孤立中子星、苏梅克-列维9号彗星与木星碰撞发出的X射线、双子座X射线源杰敏卡的脉动等等，还发现了彗星的X射线辐射。

1999年12月12日，伦琴卫星停止工作。

观测天空中X射线的天文学家们不久将有一个新的轨道观测站，它在离开发射台之前就已被载入了吉尼斯大全。这新的轨道观测站就是联邦德国的伦琴卫星，简称为ROSAT。为了纪念威·康·伦琴(W.K.Rocntgen)——这位德国科学家在1895年发现了X射线——ROSAT装备着X射线望远镜，这种望远镜被誉为“世界上最平滑的镜子。”该望远镜平均表面粗糙度只有0.0000003毫米，约略一个原子的直径。 ROSAT除了在精确度方面创造了记录，同时又说明了在宇宙基础探索方面进行国际合作的益处。ROSAT小组里确实有美国天文物理学家参加，确实是美国国家宇航局在肯尼迪宇宙中心用德尔塔2号火箭发射ROSAT卫星。

贡献月球和彗星X射线辐射的发现1990年6月29日(夏历五月初七),ROSAT上天后不足一个月,它利用PSPC探测器对月球进行地观测。令人高兴的是,ROSAT看到了相当清楚的半月和光学的月象一致。这些X射线是月球对太阳X射线的反射,光度为1.2× 1012尔格 秒,使之成为地球之外已知的最弱X射线源。由于月象中的阴影部分也没有X射线辐射,因此,利用月球对弥散X射线背景的掩食,人类第一次得到了不受卫星周围环境影响的天空X射线背景数据,可用以更确切地研究这些背景X射线的辐射体。

ROSAT对中子星的观测ROSAT对中子星研究的另一重要贡献则发现了脉冲星X射线喷流。ROSAT对脉冲星PSR1929+ 10的观测发现了它位于自行反方向的准直的X射线喷流。其原因是脉冲星在星际介质中高速穿行形成激波,激波约束了脉冲星磁场而使高能粒子只能顺磁力线于自行反方向喷出,观测到的喷流是高能粒子产生的同步辐射。ROSAT对Vela脉冲星的观测,则发现了与其自行方向近乎垂直的X射线喷流,其性质及成果与PSR1929+ 10的喷流又不相同。中子星X射线喷流的发现,证实了脉冲星主要能量为高能粒子所带走的理论。3

对超新星X射线辐射的观测ROSAT在M81星系中的超新星SN1993J爆炸后的第6天就探测到了它的软X射线辐射,这是迄今为止发现的最早的超新星X射线辐射。其光度为3× 1039尔格 秒,起源于被爆炸激波加热至10亿度的前身星星风物质。8个月后的重新观测表明,辐射等离子体的温度已降为1千万度ROSAT对SN1993J的观测首次得到了足够建立加热和冷却模型以及研究星风区结构的高质量数据。由辐射的高亮度和等离子体的迅速冷却可以得到的一个直接结论就是星风物质离星体很近并具有很高的密度。

除了以上两个超新星之外,ROSAT还发现了来自SN1978K,SN1979C,SN1980K和SN1986J的X射线。有趣的是,这6个超新星全部为前身星是大质量恒星的Ⅱ型超新星。

ROSAT对超新星遗迹的观测超新星遗迹(SNR)是ROSAT的另一个主要研究对象。ROSAT在巡天和定点观测中探测到了100余个射电SNR的X射线辐射并发现了400多个可能是SNR的X射线弥散源,其中9个已被确认为新的SNR。在ROSAT对SNR为数众多的研究之中,对船帆座(Vela)SNR的研究以及近距离年轻SNRRXJ0852.0— 4622的发现更具特殊意义。

另外,ROSAT还发现了6个位于Vela SNR边界之外的小弥散源,这些源呈现出向外喷射的形状,它们各自的对称轴相交于几乎一点。该点正好落在Vela脉冲星自行的反方向上。1

坠至地球2011年10月23日，德国航空航天中心说，报废卫星“伦琴”已于当天凌晨坠入地球大气层。

德国航空航天中心在其网站发布声明说，“伦琴”卫星于当地时间23日凌晨3时45分至4时15分(北京时间9时45分至10时15分)进入大气层，尚无法证实卫星碎片是否已落到地表。4

“伦琴”卫星坠至地球前不久，德国航空航天中心排除了这个重约2.5吨的大家伙落至欧洲、非洲以及澳大利亚的可能性。一些专家认为，尽管“伦琴”卫星不会在大气层中燃尽，但其碎片落地伤人的可能性极低。

专家先前预测，“伦琴”卫星碎片重约1.7吨，可能以400公里的时速落至地表，坠落地点可能在海洋或陆地上的无人居住区。5

相关资料任务超期“伦琴”卫星由德国、英国和美国共同研制，1990年6月升空，装备X射线望远镜，用于观测中子星、彗星、行星等宇宙天体，以发现X射线的德国物理学家伦琴命名。

1998年9月20日,伦琴X射线天文卫星(ROSAT)在指向转换过程中扫过太阳附近,结果来自太阳的强烈X射线烧毁了其上的高分辨成像仪(HRI)。此后,在1998年12月,ROSAT上的另一个主要探测器位置灵敏正比计数器(PSPC)利用剩余的少量气体进行了最后半个多月的观测,为该卫星画上了句号。从1990年6月1日上天到1998年12月,原设计寿命为三年的ROSAT卫星成功运行了八年半,发现了许多新的天文现象。1

德国航空航天中心说，“伦琴”的预定服役时间为18个月，但它工作时间远超预期，持续探测X射线源，取得重要拍摄和探测成果，直到1999年2月，“伦琴”才完全停工。

按照“伦琴”先前运行轨道，一般距离地表大约600公里，但自从停工之后，其轨道越来越低，距离地表仅330公里。专家预测，它最早将于10月底重返大气层。

美国国防部说，自苏联1957年发射世界首颗人造卫星之后，超过2.18万个人造物体重返地球大气层。

美国国家航空航天局一颗卫星9月底坠地，在南太平洋一个偏远地带上空进入大气层，化为碎片，可能最后总计26块碎片抵达地表，没有伤人报道。

坠毁影响碎片多砸中人几率高

专家先前预测，“伦琴”进入地球大气层时将与大气剧烈摩擦并燃烧，卫星将分解成碎片，除去燃尽的碎片，最多将有30块碎片击中地球陆地或水域，质量总和约为1.7吨。

“伦琴”质量约为2.4吨。德国航空航天中心说：“最大单块碎片可能为(卫星携带的)望远镜镜片，镜片具有高抗热性。”

德国航空航天中心说：“一个人因卫星重入大气而受伤的几率极其低。”这一机构先前推测，卫星碎片砸中地球人类的几率为两千分之一。

此前的美国卫星先是被媒体爆出“砸中人”的概率为1/3200，但随后美国宇航局称报道不实，并表示砸到人的概率只有七十亿分之一。该美国卫星最终掉入太平洋，没有给地面人员和财产造成任何损失。6