书城科普读物为了地球领导权——人造卫星
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第8章 寻找宇宙的年轮——天文卫星(2)

美国是空间探索的急先锋。2008年6月11日,美国国家航空航天局发射了一架伽马射线大型太空望远镜,以意大利天文学家恩里科·费米命名,设计寿命5~10年。科学家们打算利用费米太空望远镜探测宇宙中各种奇异的天文物体和猛烈的天体现象,其中包括伽马射线爆发以及超大黑洞等。

费米太空望远镜总重4450千克,其中公用平台为1002千克,望远镜和探测仪器重3097千克,燃料重351千克。它主要由4个部分组成:精密跟踪仪、热量表、数据采集系统和探测器。费米太空望远镜视野宽度比康普顿太空望远镜提高2倍左右,灵敏度高出约50倍。

费米太空望远镜是人类科技的结晶。最具挑战性的是费米望远镜由于很先进所以很复杂,甚至比“阿波罗”号飞船还要复杂。费米太空望远镜号称“探索极端宇宙”。

开普勒太空望远镜

宇宙到底有多大?一共有多少星星?与地球一样的行星在哪里?……许多科学难题迷惑、困扰着人类和科学家,等待着被破解。400多年前,德国天文学家开普勒第一次用望远镜将人类的目光对准了星空。现在,人类已经发射了十几架太空望远镜,几十年的探索。

是否能寻找到另一个地球呢?根据生命形成和存在的条件,科学家们估计:银河系约有1000亿颗恒星,至少有100万颗可能具有类似地球这样环境的行星。它们可能孕育着生命,由原始生命逐渐进化到高级生物。在条件和地球相差很大的天体上,也可能孕育出与地球上人类完全不同的高级生物。因此,人类开始试图去寻找地球外的高级生物,探究太空文明。

2009年3月7日,人类第一架探测类地行星的开普勒太空望远镜,在美国肯尼迪航天中心第17B号发射台由“德尔塔-2”号运载火箭发射升空。开普勒太空望远镜不但能看清宇宙空间的外表,还能看透宇宙空间的“内心”,帮助人类对宇宙有一个更清晰的认识。

勇敢的探险家开普勒太空望远镜由美国国家航空航天局组织策划,著名的喷气推进实验室设计飞控系统,鲍尔宇航技术公司负责整体设计制造。贝尔公司制造开普勒太空望远镜的主要部件包括:一个直径近一米的大望远镜、飞行系统和大量感光芯片。

开普勒太空望远镜就像一个单筒望远镜,主体直径2.7米,长4.7米,质量1039千克,最大功率771瓦,设计寿命4年。开普勒携带了6种先进仪器,由光度计、辐射器、防护罩,以及各种传感器、敏感器、色度仪、姿态控制系统、通信天线、电压表和温度仪等仪器组成。科学家赋予开普勒一双慧眼。广阔的视场能够看到更多数量的恒星。它能看透银河系的“肺腑”,倾听行星的“心脏”,能观察到30光年的星球变化。科学家已经在开普勒太空望远镜身上安装了先进的通信器材,有什么好消息会马上报告。开普勒太空望远镜能为人们带来好消息吗?

赫歇尔—普朗克太空望远镜

2009年5月14日,欧洲空间局在法属圭亚那发射了赫歇尔—普朗克太空望远镜。这个连体“双胞胎”太空望远镜到太空后分离,分别叫做赫歇尔太空望远镜与普朗克太空望远镜。两个太空望远镜运行在距地球约150万千米的L2拉格朗日点附近,背对着太阳和地球,从而获得最佳的观测效果。

赫歇尔太空望远镜是世界上最大的远红外线望远镜,直径4米,高7.5米,重3400千克。一台3.5米的反射镜,足以照穿银河系。赫歇尔太空望远镜有3台先进的仪器:成像光谱与测光仪、光电阵列与射谱仪和远红外外差接收机。

赫歇尔望远镜的科学任务是:研究宇宙早期的形成及演变;探索星际及其相互作用与星际介质;观察彗星、行星和卫星表面的化学成分;调查宇宙空间的化学成分。赫歇尔太空望远镜发回了大量的高清晰照片。天文学家惊叹:“天哪,超出我们的想象!”

普朗克太空望远镜,又称为普朗克巡天者,高1.5米,宽1.7米,重1940千克,设计寿命2年。它携带了一系列敏锐度极高的仪器,如高电子接收器阵列,辐射热探测器阵列,望远镜主镜1.9米×1.5米、次镜1.1米×1.0米。

宇宙微波辐射能够获得极其丰富的宇宙信息。这个普朗克巡天者能够对宇宙微波背景辐射进行深入探测,绘制一幅太空图。目前科学界认为,宇宙诞生于距今137亿年前的一次大爆炸。普朗克将探测早期宇宙的形成和物质起源的奥秘,成为观测宇宙的“透明窗口”,从宇宙微波背景幅射,揭晓银河系的身世。

詹姆斯·韦伯太空望远镜

2010年,美国国家航空航天局和欧洲空间局的一架功能更强大的太空望远镜,在位于阿拉巴马州的美国国家航空航天局马歇尔航天飞行中心测试。它的名字叫詹姆斯·韦伯太空望远镜,科学任务是对太空进行空前探索,寻找最早形成的恒星和星系,研究宇宙的起源与演化。

詹姆斯·韦伯太空望远镜直径达6.5米,重约6.2吨。主镜片由轻质铍材料制成,18片六角形快门薄片组成镜片,每片1.3米宽,聚光面积约25米,7倍于哈勃太空望远镜的聚光能力。詹姆斯·韦伯没有镜筒,主镜片也不是传统的光学镜片,而是射电望远镜的天线。

詹姆斯·韦伯太空望远镜的重量很轻、功能很大、精度更高,设计寿命为5~10年。它运行在距地球约150万千米的空间,即L2拉格朗日点,可以使遮阳板对着太阳,同时又避开了来自地球和月球的阴影。这里空间的环境极为恶劣,忽冷忽热,詹姆斯·韦伯太空望远镜将忍受极限温度的严酷考验。詹姆斯·韦伯太空望远镜被看作是哈勃太空望远镜的“接班人”,将于2013年进入太空,接替哈勃太空望远镜。

研究宇宙的起源与演化

超新星太空望远镜

超新星爆发的天象,只能用一个词形容:震撼!当“垂死挣扎”的恒星剧烈爆炸,足有上百万个太阳的亮度。爆炸形成的亮光在距离它数百光年的地球上都能看到,大白天也不例外。它光芒四射,所在的整个星系其他地方都显得黯淡无光。天文学家观察超新星遗迹,可知道天体的过去、现在和未来。

人类一共观察到6次超新星爆发和许多超新星遗迹。天文学家利用强大的太空望远镜、太空射电望远镜观察和测量超新星,发现和精密测量黑暗深处超新星爆发的秘密。那么,下一个超新星在哪里?它在什么时间爆发?我们能有幸看见吗?

超新星太空望远镜有一台被称为“空间切片机”的光谱仪。这台“空间切片机”能正确识别超新星和每个超新星爆发的精确参数。法国科学家发誓说:我们要看穿超新星。

科学仪器将精确记录从近紫外到近红外的所有光谱,发现每一颗新的超新星。超新星太空望远镜的观察能力是现在太空望远镜的20倍,高分辨率覆盖面积超过哈勃太空望远镜200万倍。

超新星太空望远镜将挑战最具挑战性的宇宙之谜。劳伦斯·伯克利国家实验室的天文学家实在等不及了:我们能等,超新星会等吗?如果不出意外,超新星太空望远镜将在2020年之前发射。

未来的太空之眼

要想获得距地球数十亿光年远的天体的清晰照片,人类需要更大口径的太空望远镜。据报道,又有几架新的先进技术的大孔径太空望远镜正在建造。其中一架分段式光学/紫外望远镜的镜片达8米,一架达到16米。它们比哈勃太空望远镜的镜片大3~7倍多,敏感度是哈勃太空望远镜的近2000倍,图像清晰度是哈勃或詹姆斯·韦伯太空望远镜的7倍左右。

新的太空望远镜能看见多远的过去?能看见多远的未来?天文学家说:它可以帮助我们揭开一个旷日持久的谜团——地球以外的地方是否还存在生命。新型太空望远镜将看穿遥远的时间和看透深邃的空间。天文学的“游戏规则”可能由此改变。

太空探索是全人类的追求和理想。目前,美国国家航空航天局正在全世界范围内为新的太空望远镜征名。不论国籍和年龄大小,任何人都可以通过写信或网站直接将名称发送到美国国家航空航天局的名称审核机构。

你想为它取个什么名字?你准备好了吗?

通信卫星

“烽火连三月,家书抵万金”。而现代通信卫星从发射到接收只需要五分之一秒,真是今非昔比。现在,通信卫星上一般有几十甚至上百台转发器,卫星的通信能力很大。一颗通信卫星可传输几百套电视节目,几万门国际电话。现在的广播电视、国际电话几乎都是通过通信卫星传输的。日本卫星手机的广告词说:如果你没有去别的星球旅游,还没有离开地球,66颗卫星为你服务。

世界第一颗通信卫星是美国的“斯科瑞”卫星,实际上是轨道数据通信中继设备。1958年12月18日,“斯科瑞”卫星从卡纳维拉尔角空军基地,搭乘“宇宙神-B”型火箭发射。它是“宇宙神”运载火箭第一次成功发射的空间飞行器。

“祝圣诞快乐!这是美国总统的讲话。通过奇迹般的科学进步,我的声音来自一颗外层空间的卫星。我的信息很简单:通过这种独特的方式,我向你和所有的人类,传达美国对地球上人们的和平愿望和善意。”