洛克曼空穴——窥探深空的窗口
对于河外巡天来说，洛克曼空穴（Lockman Hole）是经常被关注的目标天区。原因无他，正因为这里的中性星际介质柱密度是整个银河系最低的，对背景源的干扰自然小。对于介质发射或吸收强烈的波段，洛克曼空穴更是不可多得的宝地。
空穴的中心位于赤经10时45分，赤纬58度（约合银经149.6度，银纬53.2度），面积约15平方度。这里距离北斗勺口的两颗星不远。下面这张星图标出了具体位置（圆圈所示）：
最初的探测要归功于贝尔实验室设在Crawford山的号角天线（不清楚和发现微波背景辐射的天线是不是同一架）。由于仪器分辨率很低（3度乘2度），它只给出了星际介质的大致分布。但就算是这样，空穴在巡天图上都清晰可见。之后Felix Lockman等人用美国国家射电天文台设在绿堤的43米天线作了高分辨率探测，该天区随之以Lockman命名。
探测的工具是中性氢的21厘米精细结构谱线。氢是星际介质中含量最为丰富的元素，而21厘米辐射有个很实用的性质：在光学薄的情况下，亮温度是正比于气体柱密度的。哪怕是光学厚，都可以利用接收到的信号推出柱密度下限。对于中性柱密度较低的洛克曼空穴，假设气体光学薄已经足够。
大熊座中性氢柱密度分布图（5×1019/平方厘米至14×1019/平方厘米）。（图片来源：Jahoda, Lockman & McCammon 1990）
柱密度可以理解为以单位面积为底，对与底面相隔不同距离的氢原子数目叠加而得的数值。洛克曼空穴的低柱密度又是多低呢？大约是每平方厘米4.5×1019个氢原子。考虑低银纬区域的中性氢柱密度普遍在1021/平方厘米的数量级上，银道面更是高达1022/平方厘米，甚至连星际介质分布稀疏的银极，数密度都比这里高，这洛克曼空穴也确实是无愧空穴之称了。
高能与红外天文学家蜂拥而上，纷纷将洛克曼空穴视为窗口，以图籍此窥视河外世界。某种意义上这是无奈之举。星际介质的高能吸收以及红外辐射一直是困扰观测者的因素，好容易找到一块介质稀疏的地方，焉有不充分利用的理由？考虑河外天体的大尺度各向同性分布，基本可以将洛克曼空穴看作是全天的样本，于是卷入其中的天文台和观测计划名单就开出了一长串：伦琴卫星，ASCA，红外空间天文台，麦克斯韦亚毫米波望远镜，BeppoSax，2MASS，钱德拉X射线天文台，XMM-牛顿，斯皮策……洛克曼空穴因此成了被研究得最为透彻的天区。
典型的例子是针对空穴的X射线深场巡天，从伦琴到钱德拉再到牛顿。由于此处星际吸收较弱且往往采用长时间曝光，数百个X射线源在天区中清晰可见。可以从中提取的信息包括X射线背景、星系中央特大质量黑洞的性质及演化等等。
钱德拉X射线天文台对洛克曼空穴进行的特大质量黑洞搜寻，并发现这类黑洞的质量演化存在两条途径——快速爆发式增长与持续缓慢增长。（图片提供：NASA/CXC/U. Wisconsin/A.Barger et al.）
光学观测也不少，抛开以帕洛玛巡天为基础的数字化巡天不提，又有基特峰国立天文台Mosaic-I照相机的观测与斯隆数字巡天，后两者的极限星等都暗于20等，基特峰的g’波段数据更是暗至25等。
光谱红端，红外计划的佼佼者是SWIRE，也就是斯皮策河外宽视场红外巡天。SWIRE要求待测天区银纬较高且面积足够大，洛克曼空穴正是中选的6个区域之一。巡天目的多样，其中包括探测星系的分布以及早期宇宙中星系的性质。更早进行的2MASS则是对SWIRE很好的预演和补充。
SWIRE对洛克曼空穴的观测。（图片提供：SWIRE）
凭借充足的光学和红外数据，洛克曼空穴中已有20余万个星系的红移被登记在册。同时除了星系巡天，这里也是测量红外背景辐射能谱的好地方。
在亚毫米波段，麦克斯韦亚毫米波望远镜装备的照相机SCUBA充当了先行者，它对空穴外加哈勃深场产星星系的观测是亚毫米波天文学的奠基性工作之一。而射电就更不用说了，比如甚大天线阵的1.4 GHz和4.9 GHz深场观测、卡文迪许实验室的610 MHz巡天都收获颇丰。
SCUBA眼中的空穴区，可以解析出富含尘埃的高红移星系。（图片提供：Barger et al.）
话说回来，洛克曼空穴真的是透亮的深空之窗么？空穴之空，只是说其中的中性氢稀少，但是不要忘了，星际介质还有电离的成分，而且通过对21厘米谱线的测量并不能给出该成分的数量。这个问题少不了被人讨论，结论是空穴中存在电离气体，而且会产生高能段的吸收。尽管如此，洛克曼空穴仍是红外天文学的上佳选择。
