天文衛(wèi)星，如果按觀測目標(biāo)的不同，它們可分為以觀測太陽為主的太陽觀測衛(wèi)星和以探測太陽系以外的天體為主的非太陽探測衛(wèi)星。從20世紀(jì)90年代起，美國就開始實施引人注目的"空間大天文臺計劃"，即發(fā)射4顆大型的非太陽探測天文衛(wèi)星，幫助天文學(xué)家更好地觀察宇宙。這4顆衛(wèi)星實際上就是4個天文望遠(yuǎn)鏡，被譽(yù)為空間觀測的“四大天王”，按發(fā)射時間順序為“哈勃”（HST）空間望遠(yuǎn)鏡、“康普頓”γ射線望遠(yuǎn)鏡（CGRO）、“錢德拉”Ｘ射線望遠(yuǎn)鏡(Chandra)和“空間紅外望遠(yuǎn)鏡”（STIRF）。

在電磁波譜中，γ射線的波長最短，X射線次之，后面依次是紫外線、可見光、紅外線和射電波。“四大天王”各有所長，因為宇宙中的天體發(fā)出各種波段的電磁波，靠一個望遠(yuǎn)鏡很難進(jìn)行全波段觀測。對于天體來說，溫度越高，其黑體輻射的波長越短；另一方面，一般來說，天體變化、活動的越劇烈，其高能輻射（X、γ射線）占其全部輻射的比例越高。利用這一特性，“康普頓”γ射線望遠(yuǎn)鏡和“錢德拉”X射線望遠(yuǎn)鏡主要用于觀測宇宙中的高溫天體和宇宙中發(fā)生的高能物理過程，“哈勃”空間望遠(yuǎn)鏡配備了可見光和紅外望遠(yuǎn)鏡，可觀測許多種類的天體，而“空間紅外望遠(yuǎn)鏡”是專門用于紅外觀測的衛(wèi)星，能觀測到低溫天體。

這4個從紅外線觀測至γ射線觀測的大型空間望遠(yuǎn)鏡，可探測到宇宙中大部分電磁波譜，使天文學(xué)家以全新的方式觀察宇宙，揭示其奧秘。

1990年4月25日率先登天的“哈勃”空間望遠(yuǎn)鏡(HST)是“全能冠軍”，星上儀器主要工作在紫外、近紅外和可見光波段。它的觀測能力可達(dá)到從華盛頓看到6萬公里外悉尼的一只螢火蟲，這相當(dāng)于在地球上觀測到月球上裝兩節(jié)電池的手電筒的閃光。（左圖為NASA提供的HST圖片）

“哈勃”由航天飛機(jī)送上高590 公里、傾角28.5° 的軌道，造價近30億美元。其外形宛如一輛長翅膀的大型公共汽車，長13.3米，直徑4.3米，重11.6 噸?！肮弊园l(fā)射以來，共有20多個國家的2000多名科學(xué)家用它進(jìn)行了10多萬次天文觀測，撰寫了1000多篇論文。

“哈勃”空間望遠(yuǎn)鏡以美國天文學(xué)家哈勃 (Edwin Powell Hubble,1889-1953)的名字命名（右圖）。他對星系、宇宙膨脹和宇宙的大小的研究貢獻(xiàn)良多。他發(fā)現(xiàn)漩渦狀的星云其實是如同我們銀河系般的星系，他確認(rèn)出仙女座大星系 (Andromeda Galaxy) 中的造父變星，證明河外星系的存在，并把它們分類，同時又發(fā)現(xiàn)星系光譜中的紅移現(xiàn)象，證明星系間正互相遠(yuǎn)離，這發(fā)現(xiàn)給予宇宙膨脹理論極大的支持。

“哈勃”空間望遠(yuǎn)鏡的功勛卓著。例如，它最遠(yuǎn)已觀測到140億光年的星系；證明某些星系中央存在超高質(zhì)量黑洞；找到了1顆比太陽亮1000萬倍的恒星；拍攝到第1幅太陽系外的行星圖像；對千載難逢的彗星與木星相撞進(jìn)行了詳細(xì)的觀測；對火星等太陽系行星的氣候情況進(jìn)行了研究等。通過“哈勃”，大大增進(jìn)了人類對宇宙大小和年齡的了解，使天文學(xué)家有可能跟蹤宇宙發(fā)展的歷史?！肮睂⒐ぷ鞯?010年左右，屆時將由“新一代空間望遠(yuǎn)鏡”（NGST）接替它，后者更輕、更便宜，性能更好。

20世紀(jì)90年代早期的“宇宙背景探測器”（COBE）用于探索時間跨度從“大爆炸”后10萬年～1億年的早期宇宙的演化，那時銀河系還沒有形成。而“哈勃”則能觀測到從“大爆炸”后50億年直到現(xiàn)在這一時間跨度的宇宙演化，此時銀河系已經(jīng)形成。因此，從“大爆炸”后1億年～50億年之間存在著“觀測暗區(qū)”。這就需要對這段時期，即宇宙從無邊的分散的物質(zhì)狀態(tài)演變成高度集中的物質(zhì)狀態(tài)的時期進(jìn)行探索，并從中獲取探測數(shù)據(jù)。NGST將于2010年左右發(fā)射升空（左圖為效果圖），任務(wù)是探索這個“觀測暗區(qū)”，NGST不但需要至少具有與“哈勃”相同的分辨率，而且還要更加靈敏，以便觀測到更為深邃的時空。
　　在外型上，NGST與“哈勃”望遠(yuǎn)鏡大相徑庭。NGST主鏡片的直徑大約為6米，比“哈勃”望遠(yuǎn)鏡的主鏡片寬2.5倍。如此巨大的鏡片使得NGST能夠探測到的物體可以比“哈勃”望遠(yuǎn)鏡能夠探測到的物體暗淡400倍。由于沒有哪個運載火箭的有效載荷整流罩寬到可以容納如此大的鏡片，NGST的鏡片將由一系列六邊形分鏡片組成，發(fā)射時分鏡片將折疊起來。在NGST發(fā)射之后，一個大約有網(wǎng)球場大小的大型矩形太陽光遮光罩將被展開，用以為鏡片和其它航天器部件遮擋來自太陽的熱量。

NGST的“眼睛”主要觀測紅外線譜段（也能夠觀測可見光譜段）它將攜帶3臺儀器：1臺近紅外攝像機(jī)、1臺近紅外光譜攝制儀以及1臺組合式中紅外攝像機(jī)與光譜攝制儀。NGST將被送入與哈勃望遠(yuǎn)鏡不同的軌道位置，觀測來自遙遠(yuǎn)物體的微弱信號。

“四大天王”中的老二——“康普頓”γ射線空間望遠(yuǎn)鏡（CGRO）是1991年4月5日升空的（右圖）,重達(dá)17噸。之所以這么重,是因為宇宙輻射源放射的γ射線數(shù)少（γ射線是在宇宙發(fā)生一些最強(qiáng)烈的玄妙現(xiàn)象時才產(chǎn)生）,所以要用大型儀器才能在不很長的時間內(nèi)對大量的光子進(jìn)行探測。這一太空巨星載有4種儀器，將近7噸重,最大的1臺尺寸如同小汽車,重約1噸。它們能探測到能量為2萬-300億電子伏特的光子和各種能量的γ 射線，而且每臺儀器都能識別出某個特定范圍中的光子射線，從而可以對探測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行相互比較。

“康普頓”γ射線空間望遠(yuǎn)鏡以美國科學(xué)家康普頓（Arthur Holly Compton，1892-1962）的名字命名。康普頓獲1927年諾貝爾物理學(xué)獎的一半。 　　　　

γ射線通常來自宇宙中的雙星、脈沖星和黑洞等高密度天體,通過探測空間的γ射線,對于揭開黑洞之謎、了解恒星的形成及演化等具有重要意義?！翱灯疹D”γ射線空間望遠(yuǎn)鏡在軌工作期間探測到2600起γ射線的噴發(fā),地點遍布全宇宙,其中包括來自30個目前尚無人了解的星體。這些γ射線的噴發(fā)分別來自黑洞、太陽和星體爆炸等,有些資料讓科學(xué)家首次了解到黑洞是如何引發(fā)Ｘ和γ射線的噴發(fā),而且其外射速度接近于光速。1997年4月底,美國通過“康普頓”觀測到銀河系中噴射出來的反物質(zhì)粒子云,在天文界引起轟動。同年,它還探測到一束120億年前產(chǎn)生的γ射線沖擊波。

“康普頓”把宇宙的可觀察范圍擴(kuò)大了300倍，在軌服役9年，超期了4年,后因故障于2000年6月4日由人工控制“跳?！?。這些年，每年約有100名天文學(xué)家利用"康普頓"進(jìn)行研究，至今已根據(jù)資料寫出2000篇左右的論文，有些資料改變了天文學(xué)家看待宇宙的方法，但是γ射線噴發(fā)的原因至今仍是一個謎。

“四大天王”中的老三——“錢德拉”Ｘ射線望遠(yuǎn)鏡(Chandra)（左圖）是1999年7月24日發(fā)射的，被送入預(yù)定的近地點為1萬公里、遠(yuǎn)地點為14萬公里的軌道。

“錢德拉”長13.5 米、重約22.5 噸，耗資15.5億美元。它配備有高分辨率鏡面組合、高級電荷耦合裝置成像光譜儀(ACIS)、高分辨率相機(jī)、高能透射 光柵和低能透射光柵光譜儀，分辨率是以前升空的Ｘ射線天文衛(wèi)星的10倍,而且集光能力強(qiáng),成像的能量范圍廣,并可精確地把光譜分解成不同的能量成份。

“錢德拉”是以天體物理學(xué)家、美籍印度人蘇布拉馬尼揚·錢德拉塞卡爾（Subrahmanyan Chandrasekhar，19l0-1995）的名字命名的，錢德拉塞卡爾獲1983年諾貝爾物理學(xué)獎的一半。

“錢德拉”望遠(yuǎn)鏡已發(fā)現(xiàn)了大約宇宙7000個Ｘ射線源，計劃在太空至少運行5年。它可提供有關(guān)黑洞、相撞的星系和超新星遺跡等一些最主要的宇宙Ｘ射線源的高清晰度圖像,測定宇宙總質(zhì)量中有多少是以熾熱氣體的形式存在；檢查宇宙的年齡和星球演變及超新星爆發(fā)理論。這些都有利于更多地了解宇宙的起源和演化。

（右圖為“錢德拉”2003年9月拍攝到的一組月球X射線照片，圖右側(cè)為所拍攝的月球明亮區(qū)域由氧、鎂、鋁和硅原子發(fā)出的X射線照片）

“四大天王”中的老四——“空間紅外望遠(yuǎn)鏡”（STIRF）原定于2001年底～2002年初發(fā)射，因技術(shù)原因延期了幾年，終于在2003年8月25日凌晨發(fā)射成功。

目前，總價值約12億美元的“空間紅外望遠(yuǎn)鏡”還沒決定用哪位天文學(xué)家的名字命名，它長4．45米，直徑約2米，包括一個直徑85厘米的透鏡和3臺觀測儀器。其中的紅外陣列照相機(jī)能在近紅外和中紅外波長上進(jìn)行觀測，紅外攝譜儀可將光分成不同的波長以研究天體的構(gòu)成，另一臺多波段成象光度計則能在遠(yuǎn)紅外波長上采集照片和數(shù)據(jù)。這些儀器通過液態(tài)氦進(jìn)行冷卻，能在僅比絕對零度高1．4攝氏度的低溫下工作。

據(jù)估計，“空間紅外望遠(yuǎn)鏡”的觀測壽命最短為2.5年，目標(biāo)在5年以上。由于采用了大型紅外探測器陣列技術(shù)及最先進(jìn)的低溫技術(shù),它的靈敏度極高,不僅能觀測到超過目前任何空間天文望遠(yuǎn)鏡上百萬倍遠(yuǎn)的觀測目標(biāo)，還能穿越氣團(tuán)和塵埃查看恒星的誕生和死亡，讓科學(xué)家了解宇宙早期的模樣。該望遠(yuǎn)鏡的軌道也非常獨特，躲在地球后面，與地球保持同樣的角速度繞太陽旋轉(zhuǎn)。這個軌道可使衛(wèi)星有一個良好的熱環(huán)境，利用大自然作為冷卻源，這樣就可以少帶液氦，減輕自身重量。

目前已確定“空間紅外望遠(yuǎn)鏡”將于2005年被“空間干涉測量儀”（SIM）衛(wèi)星（左圖為效果圖）所取代，后者所觀測的天體位置的精確度是“哈勃”太空望遠(yuǎn)鏡的1000倍，它能使人類首次觀察到球面星團(tuán)中的單個恒星。

除了美國的“四大天王”，歐洲的天文衛(wèi)星也不亞于美國。1983年升空的世界第一顆紅外天文衛(wèi)星就是荷蘭“領(lǐng)銜”研制的。1995年11月16日,歐洲空間局又發(fā)射了“紅外空間觀測器”衛(wèi)星”（ISO）（左圖）。1999年12月10日入軌的歐空局的“多鏡面X射線觀測衛(wèi)星”(XMM)（右圖）的靈敏度是美國“錢德拉”Ｘ射線空間望遠(yuǎn)鏡的5倍。

XMM外形尺寸為10.8米×4米，質(zhì)量3900公斤，有效載荷是1架口徑為30厘米的光學(xué)觀測望遠(yuǎn)鏡。XMM由3個相同的外直徑為70厘米的X射線反射鏡組件和3臺CCD成像儀以及2臺第1次用于探測X射線的高分辨率反射光柵譜儀組成。這架新型望遠(yuǎn)鏡一共有174塊反射鏡，反射鏡組件的焦距為7.5米，具有比以前任何望遠(yuǎn)鏡都要高得多的光通量和靈敏度。

天文學(xué)家對XMM寄予厚望，他們希望在該衛(wèi)星的10年有效壽命期內(nèi)能收集到宇宙中3萬顆星的X射線光譜，并利用這顆衛(wèi)星得到宇宙中的“黑洞”存在的確實證據(jù)。
　

日本不甘示弱，于1997年2月12日發(fā)射了世界最大的“空間射電望遠(yuǎn)鏡”（VSOP）（左圖）它可從東京分辨出悉尼的1顆米粒大小的東西,能在揭開黑洞結(jié)構(gòu)等許多宇宙之謎方面發(fā)揮作用。

（高能所科研處制作 內(nèi)容摘自科技日報、電子期刊、科學(xué)之門網(wǎng)站、中國教育和科研計算機(jī)網(wǎng)、NASA網(wǎng)等