如果一切按计划进行的话,DeltaⅡ型火箭将在今年6月初使四台望远镜组成的系统发射进入太空。这台被称为“超紫外探索者”(EUVE)的观测站将从离地球平均328英里的轨道上考察附近的星体和星际气体。
现有的证据支持这样一种理论:银河系可能是由热的“局域气泡”构成的蜂窝状结构,在热气泡周围则围绕着氢原子丰度较高的、冷而稠密的区域,超紫外辐射不能穿越“冷区域”。B · Y · 维尔希(B. Y. Welsh)指出,这类蜂窝结构可能为EUVE提供一种令人热切期望一试的“窥孔”。如果恰好由含有少量气体云的类似于隧道的区域将太阳系气泡与其它在银河系较深处的巨大气泡连接起来,则沿着这些方向观测站可以向银河中心看得更远一些。类似地,如果这类隧道把太阳系气泡与处于银河系边缘附近的气泡连接起来,则观测站有时将能得到在银河系以外几百万光年的类星体和其它强超紫外发射体的清晰图像。
就在距今20年前,天文学家对观测超紫外辐射的任务还兴趣不大。地面辐射观测站早已表明,氢和其它超紫外吸收气体均匀地分布在星际介质之中(X-射线这类较短波长的辐射,以及较长波长的紫外线和可见光实际上可以无阻碍地穿过这些原子)。因此,天文学家断定,不可能探测到距离太阳几光年以外的超紫外辐射。斯塔克尼克(R. V. Stachnik)回忆说:“在我们的太阳系之外你可能看到什么东西,那时是不清楚的。”他强调说,研究者的确把电磁波谱的这一波段称为“不可探测的紫外。”
当1972年发射的哥白尼卫星发现星际介质是由冷的富氢区域和热的、电离态的缺氢区域所组成的混杂分布时,上述观点开始发生变化。1975年,在阿波罗-联盟号飞船上的望远镜探测到5个超紫外光源(包括1个坐落在Coma Berenices星座内的白矮星)。斯塔克尼克认为,这些发现“打开了超紫外的窗口”,同时证实某些局部区域星际介质所含氢原子密度很低,以至于可允许在地球附近进行观测(但地球大气层仍然阻碍着地面上的仪器瞥见发出超紫外或近紫外光的星体)。
在过去的15年中,几支探测火箭、航海者宇宙飞船和EXOSATX-射线卫星已经在超紫外波段上探查了一切可见的星体,但是,斯塔克尼克认为,在1990年之前,当超紫外窗口尚未被充分打开的时候,还不能作出上述结论。1990年6月,NASA发射了被称为伦琴卫星(ROSAT)的英、德、美联合研制的飞行器(SN:6/29/91 P. 408),果然,目前仍在继续运行的ROSAT卫星首次看见了一些X-射线源,搭载在该卫星上的照相机在超紫外波段上扫描了太空,并辨认出在超紫外波段上记录到的385个亮光源。
由NASA的Goddard空间飞行中心(在马里兰州的Greenbelt)和加里福尼亚大学伯克利分校共同设计的EUVE将在4个紫外波段上探测天体,并与ROSAT提供的2波段结果进行比较,从而进一步完善ROSAT的太空图像。
成像精度不是这台新型观测站的优点,尽管EUVE卫星是特制用来探测超紫外线的,但它的光学器件的现有工艺水平(超光滑的圆柱形反射镜,表面厚度变化范围不超过10个原子)尚不能将辐射源定位到小于8弧-分的区域内,或为我们在天空中看到的满月宽度的1/10。但是,EUVE具备一项ROSAT所缺乏的重要性能。它能分析紫外辐射源的光谱,这有助于确定形形色色的星体及它们的大气层的化学成分、温度、密度及其它特征,斯塔克尼克说:“蛋糕上真正的奶油是光谱学。”
首次观测工作将在发射后大约6周开始。在6个月期间,这座新型观测站将使用3尺寸像55加仑汽油桶那样大小的扫描望远镜进行它的超紫外探测工作。同时,将利用第4台“纵深测量望远镜”来观测位于地球阴影投射的黑暗圆锥体内的微弱辐射源。在此阴影内,来自地球大气层的明亮紫外辐射将不会干扰对远处星体发出的微弱辐射的测量。这4台望远镜配合起来可测波长范围约70~760 ?的超紫外辐射。
作为该项使命的剩余部分(预期至少还要再持续18个月),“纵深测量望远镜”将分析选定的某些目标的光谱,其中有些目标是在第一轮太空扫描时已得到确认的星体。
斯塔克尼克说:“该到物理学发挥作用的时候了”。维尔希强调指出,在其它的性能分析中,光谱研究将查明比较古老、质量较小的星体的灼热外部大气层(即星体的“日冕”)的情况。尽管这类星体的可视表面保持比较冷的状态,但它们喷发出的高能带电粒子流将外层大气加热到温度达105~2×106 K的范围。维尔希补充说,这么高的温度将伴随着超紫外辐射的发射。
维尔希认为,迄今为止仅有一个星体——太阳——的上层大气被天文学家彻底地研究过。“我们有一个处于某一温度下的例子(太阳日冕),但我们还不知道这对于另一个星体是典型的、还是完全非典型的”,他强调说,“EUVE将使日冕天文物理学发生全面改革”。
年轻的、质量较大的星体是EUVE观测站的另一个目标,这些星体燃烧得较为迅速,结果比起较为古老的、质量较小的星体更快地耗尽了它们的核燃料,维尔希补充说,这些星体产生强大的“太阳风”,猛烈冲击下层大气,并激发出超紫外光辐射。
EUVE观测站还要探索白矮星——一种小型、致密的星体,它是所谓“红巨星塌缩”的喷发过程的残留物。典型的白矮星尺寸不大于地球,但具有像太阳一样大的质量;实际上,太阳在接近它的生命末期时将变成白矮星。维尔希强调说,白矮星形成之后,立即以超紫外辐射的形式释放出惊人的巨大热量。
维尔希认为:“与白矮星相联系的冷却过程可以告诉我们许多关于星体演化末期的物理学知识。”
EUVE还将考察其它类型的星体,其中包括由一个星体围绕另一个星体作轨道运动的双星系统。斯塔克尼克指出,对这类曾被认为是变光星体的双星的观测,必须包括地面观察者的专门协作。变光星体系统随着双星中的一个星体——典型情况下为一白矮星,其质量与太阳差不多大小——产生周期性爆发,在万有引力作用下该星体从它的伴星中拉走气体。被拉走的物质形成一个围绕白矮星的吸积盘;当足够多的气体从吸积盘上螺旋式地落在白矮星表面时,激发白矮星产生辐射喷发。
在该项观测期间,利用可见光望远镜的业余天文学家组成的观测网将跟踪其中的275个变光星体(其中有些是刚刚爆发的星体),并将结果通知一个协调小组——在马萨诸塞州、坎布里奇的美国变星观测者协会(AAVSO);反之,该小组也将向EUVE的研究者转发信息,后者可能选择某些星体,并利用EUVE进行检验。AAVSO的领导人J · 玛特(Janet Mattei)说:“在本世纪,这是—件非常特殊的壮举——业余天文学家利用自己的望远镜能够为这类实验作出实际贡献,更何况是以这种至关重要和不可或缺的方式呢!”
EUVE还将分析来自木星卫星Io的射辐,Io是太阳系中已知的火山活动最为强烈的天体。Io的火山爆发喷射出大量二氧化硫,它发生电离,并形成一个围绕火星的、炸面饼圈形状的光环。火星的磁场使一些硫离子和氧离子产生定向运动,进入火星的北极和南极区域,在南北两极区,带电粒子撞击火星大气层,并产生类似于在地球两极附近可观察到的那种极光。维尔希指出,探测来自火星极光中的微弱的超紫外辐射,将帮助天文学家更好地了解Io与火星之间的相互作用。
除检验已知的超紫外辐射源之外,EUVE观测站可能获得出乎意料之外的报偿——有可能发现一类崭新的、仅仅在超紫长波段发射辐射的星体。
〔Science News,1392年5月23日〕