由于开拓了电磁波谱中的一个被疏忽的部分,天文学家为此感到振奋。超紫外辐射能揭示出最热星的情况反映出空间的气体分布。

50和60年代,火箭的引进为天文学开辟了一个新的时代。天文学家在地球的海平面上,仅能通过电磁波中的2个窗口观察宇宙,即可见光与射电波。地球大气吸收了所有的其他辐射(虽然某些红外线能穿过大气到达较高的山峰)。但火箭能把望远镜升入高空,或者更好的是卫星,它将望远镜带至大气层的上面。天文学家现在能在整个波长上观测恒星、新星和星系,

但是直到最近,他们几乎完全忽略了电磁波谱中的一个部分,它是处在X - 射线和紫外线之间,即“超紫外”或EUV,它覆盖的波长为4.4 ~ 91.2毫微米。

离我们最近和最亮的EUV源就是太阳。其稀薄的大气层日冕,是由温度超过100万度的气体组成的。这层热气体强烈地辐射着EUV,尤其在短波段上。日斑(因太阳磁场的扭转而引起太阳表面的猛烈喷发)是EUV长波段上的强烈发射源。

多年来,天文学家用卫星上的望远镜,诸如天空实验室和太阳最大耀斑使者,已观测到了EUV辐射。1987年,加州斯坦福大学和NASA马歇尔空间飞行中心的天文学家,建立了一个新型的EUV望远镜,“调整”在17毫微米上,用火箭升入高空。它清晰地观测到了日冕的气体,其温度在1~1.3 Mk,以及许多突出部分,那是温度较低的气体环和线状体(气体)。

天文学家现在第一次对太阳系外的天体EUV辐射感到兴趣。最近,国际天文联合会就此主题,在加利福尼亚大学召开了讨论会。在今后的两年内,我们一定会看到有2次空间飞行,将对这一波长上的观测作出贡献。1990年,欧洲科学家将利用Rosat(其目的主要是研究X - 射线)上的小型望远镜,作EUV观测。这一望远镜及其广角镜(是由英国设计和制造的)将首次在EUV波长上绘出全天图。9个月后的1991年,NASA将发射一颗多用卫星——超紫外开拓者,它是由加州大学伯克利分校设计和制造的。

为何这一波段突然会成为各方注意的焦点?直到最近,虽然大多天文学家还不可能探测到太阳系以外的EUV辐射。EUV光子具有足够的能量,把处在我们与恒星间的中性氢气和氦气电离,故大多光子皆被阻挡住了。在EUV波段上作观测,有如通过星际空间吸收该辐射的氢原子浓“雾”去看宇宙,直到近期,许多天文学家还称此波段为“不可观察的超紫外”。

更糟的是,地球的夜空实际上闪烁着EUV波,从而使得观察(在EUV波段上)暗星和远星更为困难。这些闪烁是地球大气中不断逸出到空间的氢、氦原子,对日光的散射所致。

天文学家对EUV辐射的兴趣,面临到几个设计和制造上的技术问题,主要涉及到收集和探测该辐射的仪器。他们不能用光学望远镜中的一般碗形透镜来反射EUV辐射,因金属镀层要吸收这些波长,一般的天文探测器,诸如照相胶片和光电倍增管,即使测量来自最近源的KUV的低水平辐射,皆不够灵敏。

对于EUV天文学,幸运的是我们已发现,星际气体分布的一般图像(它使EUV观测,看来似乎是一个无益的领域),是它们位置的极大简化图,在过去的几年中,天文学家已利用了诸如哥白尼和国际紫外开拓者卫星,研究了一些恒星的紫外辐射。他们的观测,极大地改变了我们关于银河系中的气体分布图像,现在看来,星际间氢气分布并不均匀。意外地,太阳处在一个气体密度非常低的区域,可能在10万年前,邻近发生过超新星爆炸,这一超新星把太阳近旁的大量星际气体吹掉,留下了一个巨大的空腔,或“局域气泡”,它横跨几百光年。事实上,天文学家现在相信,星际气体是有结构的,它是由许多巨大的气泡,分隔着超新星的激波未曾穿入的、气体密度较大的区域。故氢气的浓雾堤(将在EUV波段上,完全阻止任何观测)可能仅是一片星际“烟云”。

研究者也克服了许多EUV观测上的技术难题,现在可用“掠射式透镜”来聚焦,这样,使得反射以一个很小的角度,发生在平滑弯曲的圆柱体内,天文学家于60年代,第一次用这种透镜来聚焦X - 射线。在以后的几十年中,伯克利的科学家为EUV天文学发展了这种望远镜,现在能产生很好的聚焦图像;在电子探测器上看更大进展,诸如微频道照相板,这意味着科学家可十分有效地记录单个EUV光子。

但是还存在一个问题,那就是氢是EUV的强烈吸收者。即使用最佳的仪器,通过局域气泡的稀薄气体去观察,我们也只能限于300光年内的范围。

现在天文学仅证认一打宇宙EUV辐射源,大多皆在260光年之内。第一太阳系外的EUV源,是于1975年,美 - 苏联合带人飞行(即阿波罗 - 苏联盟号实验工程)中发现的。美国乘员带着EUV望远镜,那是加大伯克利分校斯蒂波盖尔小组制造的。在几小时的飞行中,观测者将仪器对准了似乎强烈辐射着EUV的天体。该仪器发现的第一个EUV辐射源是一颗白矮星(HZ43),它坐落在Coma Berenices星座内;它以后又从另一颗白矮星(Feige24)中,探测到这种辐射。白矮星是一种烧尽核燃料而暴露着的星核,它开始它的恒星生涯时的最大质量,可达太阳的8倍。白矮星的中心极热,近109K,而其表面有些为4万余度,对比之下,太阳中心为1.5 MK,而表面为5800 K。天文学家称它们“矮”,因为其大小仅与地球相仿,而其质量则跟太阳不相上下。这实在是一种惊人的天体,具有极大的引力场,其物质密度是如此之高,一茶匙白矮星物质将达15吨之重。白矮星在EUV波段上有大量辐射,故天文学家欲从这种观测中进一步了解它们,根据EUV中的谱线,研究者可精确地测出白矮星的温度和其化学组成,并验证它们大气中进行着的物理过程的理论模型。

阿波罗 - 苏联盟号仪器探测到来自一颗称之SS Cygni天体的EUV辐射。这是一颗矮新星或“灾变性变星”。天文学家认为,它是由一个正常星和白矮星组成。从前者跑出的气体不断地落入围绕着热白矮星的吸积盘,在这一“吸积盘”中,气体被卷入到白矮星的表面,引起了很高的温度,以致在X - 射线和EUV波段上发出辐射。气体传送率的突然变化,引起了SS Cygni增亮几百倍,当我们在可见光波段上看到这一情况时,对应为EUV波段上的一个能量爆发。天文学家希望装在EUV开拓者卫星上的光谱仪,将使他们能详细堆研究这些爆发过程,从而能更好地了解诸如SS Cygni双星系统中的吸积过程。

同一仪器也探测到从最近太阳系的恒星所发射来的EUV辐射。Proxima Centauri是一颗冷星(表面温度仅4000 K),它正处在类似于太阳系的演进阶段。这种“晚型”恒星的热气,围绕着它们的表面,一直延伸到几倍于恒星直径的空间。天文学家用Exosat(欧洲X - 射线卫星)在EUV波段上,证认了3颗这样的冷星:Capella,Procyon和Sigma–2Coronae Borealis。它们日冕的谱线揭示了这些星体表面的磁场活动,这对决定稀薄的日冕气体的温度是关键的,因而也决定了EUV辐射的总量。

大多数这类星,皆有比其本身更亮的、猛烈的耀斑爆发。典型地,观测者看到,星体的亮度在几分钟之内突然增强10个数量级。然后,经过几个小时而回复到正常状态。日斑中的气体要比日冕气体更热,故在一个短暂的时间内,它辐射出短波段的。在10两20毫微米波长上研究日斑放射的谱线,能测出这些日斑的温度和涉及到的气体量。为了精练恒星上的这些爆的现有理论,我们可把它们与太阳表面上较小规模的日斑进行比较。

天文学家还观测到了近在家门的EUV源的辐射:木星及其卫星I0。旅行者 - 2飞船上的光谱仪,观测到了来自这二个天体的、意想不到的强烈放射,其波长在50~90毫微米上。飞船表明,I0上有火山活动,把二氧化硫喷发到空间,形成了一个电离氧化硫的面包圈形的环,或环面,围绕着木星。该行星的强烈磁场,将这些高能粒子射入木星的极区,在那里它们与大气相碰而产生极光,类似于地球极区所观测到的那样。极光在可见光、紫外线和EUV 3个波段上发出光亮。

在最近伯克利召开的EUV天文学讨论会上,天文学家描述了某些新的、令人振奋的结果,它们既有理论上的、也有实验上的。例如格林,他是伯克利的毕业生,最近发射了一枚带有EUV望远镜和光谱仪的火箭,作了短暂的飞行。他在40—115毫微米波长上,测量了一颗热白矮星G1G1–B2B的谱线,并研究了星球本身的气体。格林将这颗白矮星辐射出的EUV光,作为一只背景“灯”,它照耀着140光年范围的吸收着EUV的星际星体。他的观测结果清晰地表明,在光谱的91.2毫微米上,有一很陡的突起,这说明在这里,氢气被吸收,而在50.9毫微米上,有一较小的“吸收边”,这是由于星际氦原子引起的。利用这些数据,格林首次计算了在星际气体中的氦/氢数量比,这一比率跟太阳与大多正常恒星的很接近。

卡曲立兹基(在马切尼的天文学和天体物理学院)和威斯康辛大学的开雪乃立,皆预言有一种新的EUV辐射源,其波长在5~20毫微米上。这是正常恒星的热大气,这些恒星基本上都比太阳的质量大。这两位天文学家,对来自这些星体的热而快速运动的恒星风,在如何产生辐射的问题上,有不同的看法,但是他们都同意,这两颗EUV卫星应能观测到12左右的天体。

值得乐观的是,有几位演讲者指出,在空间的几个方向上,氢气密度异常低,故有可能“看”到300光年之外的EUV源。例如,Beta Canis Majoris就在610光年左右处,虽然在它前面的氢气量很少,但对许多星体来说,在1/10(即61光年)的距离上就有相当的氢气量。若还有另一条很低密度氢的视线(可能由超新星爆发所形成,如局域“气泡”),那么天文学家有可能在EUV波段上,在某些方向上,甚至可观测到河外天体。当Rosat上的宽视野摄影机和EUV开拓莕卫星上的望远镜于1991年再一次地观察那一度是无法观察的天像时,我们就将得悉这些问题的答案。

[New Scientist,1989年9月30日]