NASA其他的空间望远镜
钱德拉：接收宇宙的X射线
Robert Naeye
NASA的钱德拉X射线天文台以其尖锐的分辨率提供了高能宇宙的详尽图景。
钱德拉一瞥：
名称：钱德拉X射线天文台（Chandra X-ray Observatory）
发射：1999年7月23日，自哥伦比亚号航天飞机
当前轨道：高偏心率轨道，近地点29000千米，远地点120000千米
仪器：高分辨率照相机（High Resolution Camera，HRC）、先进CCD成象摄谱仪（Advanced CCD Imaging Spectrometer，ACIS）、两架分光用透射光栅
网址：http://chandra.harvard.edu
使用寿命：计划为5年，但可能使用到2010年或以后
重要科学成果：将看似弥散的X射线背景分辨为遥远星系中的特大质量黑洞；确定中子星能够有效产生高能粒子和磁场；描绘出超新星喷射出的重元素状况；发现了新的黑洞，包括新型中等质量黑洞的有力候选者；测绘了星系团热气体的温度和分布，这在宇宙学上可以暗示黑洞的行为
1962年6月18日，当Riccardo Giacconi和几名同事从白沙发射一枚Aerobee小型火箭的时候，他们的目标是捕获月球反射的太阳X射线。在吸收X射线的地球大气之上作了短暂飞行后，火箭上的探测器不仅接收到了来自月球的X射线，还记下了天蝎座一个明亮的X射线源和遍布整个天空的神秘X射线背景辐射。怀疑论者曾经预言说，极少数天体才能有足够的能量发出可以探测到的X射线辐射。但Giacconi的实验表明，X射线宇宙的活动十分活跃。
之后，乌呼鲁、爱因斯坦、ROSAT和ASCA等卫星为上千个辐射源定位并成象，其中包括超新星遗迹、脉冲星和最早一批可信的黑洞候选者等等。但如果说上述早期探测器是X射线天文学的大众汽车的话，钱德拉就是蓝博基尼赛车。作为NASA大天文台的第3架设备，钱德拉以美籍印裔物理学家苏布拉曼扬·钱德拉塞卡（Subrahmanyan Chandrasekhar）命名，他曾经研究过的高能宇宙奇景也正是与他同名的望远镜最钟情的目标：白矮星、中子星和黑洞。
由于预算不足，在1999年7月23日由哥伦比亚号航天飞机发射之前，钱德拉经历了经年的延期和设计修改。自那以来，钱德拉已在轨61/2年，以前无古人的敏锐细节揭示出了类别广泛的X射线天体。NASA马歇尔空间中心的任务科学家Martin C. Weisskopf说：“它所做的与我们预计的完全相符。应该发生的事情就是大自然要给我们一些新的漂亮东西去看。瞧瞧，它确实这么做了。”
考虑一下恒星爆发后的墓场。就在发射后的几个月，钱德拉传回了蟹状星云内部秘所的戏剧性图象。随后以一个月的间隔拍摄的照片被转换成了影片，表现出这只巨蟹心跳。通过以真实的时间尺度观看这些生动的变化（这在天文学上是罕见的），科学家现在可以解释星云中心直径20千米的脉冲星是如何激发周围直径60万亿千米（6光年）的星云，即1054年的超新星爆发产生的遗迹的。
蟹云脉冲星（中央亮点）及周边环境。（图片提供：NASA/CXC/SAO）
钱德拉拍摄的蟹云脉冲星的几帧动画（图片提供：NASA/CXC/ASU/Jeff Hester et al.）
钱德拉优异的光谱分辨率使天文学家得以测定出超新星遗迹内的化学元素丰度，帮助理论家重建大质量恒星爆发的图景。最令人惊异的是，钱德拉在超新星遗迹仙后A的外缘发现了一团团铁元素。由于铁在恒星爆发成超新星之前不久才在星核中产生，理论工作者预言将在恒星抛射物的内缘发现它。钱德拉X射线科学中心的负责人，哈佛-史密松天体物理中心的Harvey Tananbaum说：“很明显，在爆发前，铁元素主要在核心区产生。所以如果它要跑到外缘去，恒星的中心区要么在爆发时被翻到了外面，要么铁要受到更强的推动。”钱德拉拍摄的一张仙后A长时间曝光图象还揭示出了两条富硅喷流，这支持了喷流参与粉碎大质量恒星的模型。
左：超新星遗迹仙后A；右：仙后A的喷流。（图片提供：NASA/CXC/GSFC/Una Hwang et al.）
钱德拉不仅仅观测了我们邻近的恒星爆发，它还捕获了来自可见宇宙更远处的X射线。通过瞄准天空中某一小块100万秒（11.6天），钱德拉破解了宇宙学最大的谜题之一：最先由Giacconi在1962的实验中发现的X射线背景辐射的源头。钱德拉长时间的观测将无处不在的辉光分解成了点源，随后的地面观测表明，它们是遥远星系被尘埃遮掩的核心中正进行着吸积的特大质量黑洞。
通过观察不同距离上的活动星系核，钱德拉编制出了自宇宙诞生不到10亿年以来特大质量黑洞的吸积史。威斯康星大学的Amy J. Barger说：“我们现在知道，吸积的高峰期比原先人们认为的要晚。”庞大的黑洞在大爆炸几亿年后迅速形成，但它们最贪婪狂暴地消耗给养是在宇宙诞生后的60亿年，而非钱德拉发射前所认为的30亿年。
多亏了它0.5角秒的角分辨率，钱德拉绘制出了弥漫在星系团间、温度数百万度的气体分布图。这些气体告诉天文学家很多关于星系团动力问题的信息，还是宇宙学家的有力工具。钱德拉的热气体分布图使得高精度测量仍旧神秘的暗物质（它们占据了宇宙质量的90%）总量和分布成为可能。钱德拉的星系——星系团巡天还证实了奇异的“暗能量”的存在，正是它导致了宇宙的加速膨胀。
包裹着英仙星系团的热气体。（图片提供：NASA/CXC/Institute of Astronomy/Andrew Fabian/Jeremy Sanders）
尽管钱德拉最著名的发现来自远方，这座天文台同样为恒星、恒星形成甚至太阳系内天体的研究作出了重要贡献。举例来说，先前的卫星探测到了来自木星的X射线，但只有钱德拉能够确定，它是来自木星的高纬度地区，由被木星磁层加速的氧、碳或硫离子产生。钱德拉还升级了Giacconi在1962年的实验，观测了太阳的X射线被金星、火星、木星和土星大气散射的情况。钱德拉甚至还探测到当太阳风离子冲入彗星彗发后发生化学反应而产生的X射线辐射。密歇根大学的J. Hunter Waite指出：“当在一个过程中有很多能量时，X射线就会想办法辐射出来。”
银河系的中心区域。（图片提供：NASA/CXC/UCLA/MIT/Michael Muno et al.）
耗资22亿美元的钱德拉计划劝说国会的理由是其5年的预期工作时间。如今它已发射6年多了，航天器依旧强有力，而NASA也为其运转到2010年提供了资金。由于钱德拉活动部件和消耗品极少，整体上状态也良好，该天文台将在未来10至15年内继续进行科学运转。
而这对X射线天文学家来说也是个绝好的消息。该领域的下一个合理步骤是星座-X，它是由4架望远镜组成的阵列，收集光线的面积是钱德拉的25至100倍，最适宜分光研究。但与NASA的许多太空科学计划类似，星座-X面临着预算削减，这将减慢它的研发速度。没有人可以打包票说这一耗资20亿美元的设备可以发射升空，而且最早在2015年之前也不能指望它可以去接收来自宇宙的X射线。对与现在而言，天文学家可以为钱德拉的成功而狂欢了。Tananbaum说：“我为这些图象的质量、发现的种类、使用它的趣味以及对科学造成的冲击而感到欣喜。”
资深编辑Robert Naeye在他2000年出版的儿童读物Signals from Space: The Chandra X-ray Observatory中叙述了该计划的发展和初期历史。
