[科普中国]-天文卫星

简介

天文卫星（astronomical satellite）： 用于观测宇宙天体和其他空间物质的人造地球卫星。天文卫星运行在几百千米的圆形或近圆形轨道上，没有地球大气层的阻挡，卫星所载仪器能接收来自天体的从无线电波段到红外波段、可见光波段 、紫外波段直到X射线波段和γ射线波段的电磁波辐射，提供一个完整的宇宙图像。天文卫星按观测目标的不同划分为太阳观测卫星和非太阳观测卫星；按所载仪器主要观测波段的不同划分为红外天文卫星、紫外天文卫星、X射线天文卫星和γ射线天文卫星。天文卫星的观测推动了太阳物理、恒星和星系物理的迅速发展，促进空间天文学发展成为一门独立的分支学科。

发射记录第一颗天文卫星是美国在1960年发射的太阳辐射监测卫星（solrad-1），它测到了太阳紫外线和X射线通量。美国在60～70年代发射了3个系列的轨道观测台类型的天文卫星，即 ：轨道太阳观测台（OSO），轨道天文台（OAO），高能天文台（HEAO）。此外还发射了观测X射线、γ射线的天文卫星 。1983年发射了第一颗红外天文卫星（IRAS）。美国和欧洲太空局联合研制的哈勃空间望远镜，是一颗技术极为复杂的天文卫星，于1990年4月24日由发现号航天飞机发射。哈勃望远镜上有5个科学仪器提供可见光、红外和紫外波段的数据。2

设备天文卫星的轨道多数为圆形或近圆形，因为太阳系以外的天体离地球极远，增加轨道高度并不能缩短距离和改善观测能力，只会增加运载器的运载能力，但一般小低于400千米。天文卫星必须在广阔的宇宙空间找到所观测的特定天体，并把观测仪器指向这个天体，这就要求其具有极为精确的定向能力和卫星姿态控制精度。天文卫星上装有各种复杂的科学观测仪器，如红外线、紫外线、X射线和可见光学望远镜等。同时，天文卫星的观测数据输出量大，卫星控制复杂，往往需要使用卫星上的电子计算机来进行信息处理和操作控制。1

寿命天文卫星从设计完工到进入太空，再到功能丧失，就完成它的整个生命历程。但同其他人造卫星一样，其寿命取决于许多因素。第一大影响因素是卫星本身。卫星正常功能的发挥需要卫星各系统都能良好工作，一旦某个部件出现故障就会导致卫星失效。第二大影响因素是空间环境。人造卫星在运动过程中要受到各种外力作用。这种外力作用常常会导致人造卫星轨道形状和大小都发生变化，对卫星的运动轨道在空间的位置和寿命的长短都起着非常重要的作用。1

型号举例红外天文卫星1983年1月，美国、荷兰和英国联合研制的“红外天文卫星”(简称IRAS)发射升空。它有一架口径0.6米的望远镜，专门用于系统的远红外巡天。它发现了数以十万计的新红外源。在地面不能探及的12、25、60和100微米这4个远红外波段绘制了完整的天图。IRAS工作了10个月，对天文学的几乎所有分支都有重大影响：例如在火星和木星轨道之间发现3个绕太阳转动的尘粒环，它们可能是小行星互撞或与彗星碰撞留下的碎片；发现宇宙中许多地方正在形成恒星的证据；发现大批在远红外波段的辐射超过光学波段的亮红外星系和极亮红外星系等。3

紫外天文卫星1946年10月，随着美国发射的一枚高空火箭，人类首次获得了太阳紫外光谱。自此之后，世界上有不少国家利用高空火箭，对来自天空的紫外线进行探索。50年代末，火箭记录到天空背景的紫外光谱。70年代是紫外空间观测进展最快的10年，从“轨道天文台”3号，“荷兰天文卫星”到技术先进的“国际紫外探测器”接连上天，获得了大量紫外信息。

那么，为什么要发射这些紫外天文卫星呢?其原因有以下两点：由于地球大气层像过滤器一样，差不多全部吸收掉来自宇宙的3000埃以下的致命的紫外辐射，除对于波长在2000埃～3000埃的紫外线，尚可用能达到50千米高的高空气球进行观测外，其他短波紫外必须利用人造卫星这是其一。其二是因为宇宙天体发出的大量信息都在紫外波段，天文学的很多理论工作必须得到紫外观测的验证。例如“荷兰天文卫星”进行了紫外光谱多普勒频移的观测分析，通过比较不同距离处类星体的频谱，对在几百年中宇宙膨胀速度有无变化进行验证。除此之外，太阳紫外线对人造卫星的寿命以及对宇航员的身体都有严重影响，只有了解它，才能掌握它，进而不受它的影响。4