康普頓太空望遠(yuǎn)鏡簡(jiǎn)介

1991年4月5日，康普頓太空望遠(yuǎn)鏡 隨"亞特蘭蒂斯號(hào)"航天飛機(jī)升空，7日進(jìn)入軌道。在9年的宇宙旅行中，康普頓寫出了一本厚厚的功勞簿。2000年5月30日，這只人類在外層空間最犀利的"眼睛"開(kāi)始了回家的路程，并于200

0年6月4日在人工控制下濺落太平洋。

康普頓望遠(yuǎn)鏡雖然"年事漸高"，但觀測(cè)設(shè)備仍然運(yùn)轉(zhuǎn)正常。2000年3月，美國(guó)天文學(xué)家利用康普頓太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)太空中存在一群奇特而強(qiáng)大的伽馬射線源，此事被列入2000年世界科技大事記。然而，去年12月3個(gè)導(dǎo)航陀螺儀失靈，使康普頓不得不回家。因?yàn)槿绻儆幸粋€(gè)陀螺儀出故障，地面將無(wú)法控制它。據(jù)分析，如果不做任何處理，康普頓最終將自行墜回地面。因?yàn)樗倪\(yùn)行軌道穿過(guò)了一些人口稠密地區(qū)，如墨西哥的墨西哥城、美國(guó)的邁阿密和泰國(guó)的曼谷，其墜毀時(shí)造成傷亡的可能性高達(dá)千分之一。而利用康普頓現(xiàn)存的導(dǎo)航和控制設(shè)備，出現(xiàn)傷亡的機(jī)會(huì)只有2900萬(wàn)分之一。

唐納德·A·科尼芬是美國(guó)宇航局的一名科學(xué)家。他從1979年開(kāi)始就在做與康普頓有關(guān)的工作。當(dāng)時(shí)，這個(gè)望遠(yuǎn)鏡還處于藍(lán)圖和科學(xué)夢(mèng)想的階段。他在談到聽(tīng)說(shuō)康普頓即將墜毀的感覺(jué)時(shí)說(shuō):"這就像失去了一位親人。"

康普頓望遠(yuǎn)鏡主要用來(lái)探測(cè)宇宙中的伽馬射線，那是一種能量很強(qiáng)的不可見(jiàn)光，在地球上很難探測(cè)到。除了康普頓，已在地球軌道上的錢德拉X射線望遠(yuǎn)鏡、哈勃太空望遠(yuǎn)鏡以及將于2001年升空的紅外望遠(yuǎn)鏡，共同構(gòu)成了大型太空望遠(yuǎn)鏡陣列，繼續(xù)觀察著神秘莫測(cè)的宇宙深處……

按照計(jì)劃，整個(gè)下降過(guò)程分4個(gè)階段。當(dāng)?shù)貢r(shí)間30日，美國(guó)宇航局設(shè)在馬里蘭州格林貝爾特的戈達(dá)德航天飛行中心向康普頓發(fā)送信號(hào)，點(diǎn)燃康普頓內(nèi)部的發(fā)動(dòng)機(jī)。第二次發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火在31日進(jìn)行，6月4日將進(jìn)行最后兩次發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火。這一系列操作將使康普頓脫離距地面510公里的運(yùn)行軌道。

根據(jù)測(cè)算，康普頓將在距地面84公里的高度開(kāi)始分裂。如果進(jìn)展順利，康普頓望遠(yuǎn)鏡的大部分物質(zhì)將在大氣中燒毀，遺骸將濺落到夏威夷東南400公里處的太平洋里。據(jù)稱，數(shù)百個(gè)碎片將散落在1550公里長(zhǎng)和26公里寬的區(qū)域里，有30~40個(gè)主要碎片的重量會(huì)在18公斤以上。

康普頓是人類當(dāng)之無(wú)愧的"宇宙?zhèn)刹煊⑿?quot;。它曾探測(cè)到太陽(yáng)耀斑余輝、高能量宇宙伽馬射線爆叢、銀河系中央高達(dá)2940光年的反物質(zhì)"噴泉"、可能由小型黑洞組成的一群奇特而強(qiáng)大的伽馬射線源……它被投入使用后，人類改變了對(duì)宇宙的整體認(rèn)識(shí)。天文學(xué)家先前曾認(rèn)為伽馬射線爆發(fā)只能在銀河系中才能探測(cè)到，而康普頓升空數(shù)月后，科學(xué)家證明伽馬射線源可能位于宇宙的四面八方。

"英漢天文學(xué)名詞數(shù)據(jù)庫(kù)"(以下簡(jiǎn)稱"天文名詞庫(kù)")是由中國(guó)天文學(xué)會(huì)天文學(xué)名詞審定委員會(huì)(以下簡(jiǎn)稱"名詞委")編纂和維護(hù)的天文學(xué)專業(yè)名詞數(shù)據(jù)庫(kù)。該數(shù)據(jù)庫(kù)的所有權(quán)歸中國(guó)天文學(xué)會(huì)所有。

康普頓散射與光電效應(yīng)不同。光電效應(yīng)中光子本身消失，能量完全轉(zhuǎn)移給電子;康普頓散射中光子只是損失掉一部分能量。光電效應(yīng)發(fā)生在束縛得最緊的內(nèi)層電子上;康普頓散射則總是發(fā)生在束縛得最松的外層電子上。分析一下散射光子和反沖電子的能量與散射角的關(guān)系。入射光子能量為Er=hv，，動(dòng)量為hv/c，碰撞后，散射光子的能量為Er=hv'，動(dòng)量為hv'/c，反沖電子的動(dòng)能為Ee，總能量為E，動(dòng)量為P。從(2.2.8)、(2.2.9)和(2.2.10)式可以看出:

⒈當(dāng)散射角θ=0°時(shí)，散射光子能量Er=Er'，達(dá)到最大值.這時(shí)反沖電子的能量Ee=0.這就是說(shuō)，在這種情況下入射光子從電子近旁掠過(guò)，未受到散射，所以光子能量沒(méi)有損失。

⒉當(dāng)θ=180°時(shí)，入射光子與電子對(duì)心碰撞后，沿相反方向散射出來(lái)，而反沖電子沿著入射光子方向飛出，這種情況稱反散射。這時(shí)散射光子能量最小，即Er'min=Er/(1+2Er/m0c2)此式可以推斷出，即使入射光子的能量變化很大，反散射光子的能量都在200KeV左右。這也是能譜上容易辨認(rèn)反散射峰的一個(gè)原因。發(fā)生康普頓效應(yīng)時(shí)，散射光子可以向各個(gè)方向散射。對(duì)于不同方向的散射光子，其對(duì)應(yīng)的反沖電子能量也不同。因而即使入射γ光子的能量是單一的，反沖電子的能量卻是隨散射角連續(xù)變化的。理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)都表明入射光子的康普頓反沖電子能譜。電子對(duì)效應(yīng)是γ光子從原子核旁經(jīng)過(guò)時(shí)，在原子核的庫(kù)侖場(chǎng)作用下，γ光子轉(zhuǎn)化為一個(gè)正電子和一個(gè)負(fù)電子的過(guò)程。根據(jù)能量守恒定律，只有當(dāng)入射光子能量hv大于2m0c2，即hv>1.02MeV時(shí)，才能發(fā)生電子對(duì)效應(yīng)。