紅外天文學

羅斯用熱電偶測量了月球的紅外輻射

1800年，英國著名天文學家F·W·赫歇耳在觀測太陽時，用普通温

度計首次發現紅外輻射。1869年，羅斯用熱電偶測量了月球的紅外輻射。對行星和一些恆星進行紅外測量，是美國天文學家柯布倫茨等人在二十世紀二十年代進行的。 但在六十年代以前的一個半世紀中，紅外天文學進展緩慢，這主要因為當時缺乏有效的探測手段。第二次世界大戰後，紅外技術發展很快，各類高靈敏度的紅外探測器相繼問世，氣球、火箭以及人造衞星技術也為紅外天文觀測擺脱地球大氣的限制提供了方便。

這些都為現代紅外天文學的興起打下了基礎。1965年，美國加利福尼亞理工學院的諾伊吉保爾等人用簡易的紅外望遠鏡發現了著名的紅外星，從此揭開了現代紅外天文學的新篇章。

紅外天文學的主要研究對象是可以觀測到紅外輻射的天體，是天文學和天文物理學的一個重要分支。可見光的波長範圍大約為400納米（藍色）至700納米（紅色），波長比700納米長但仍比微波短的電磁波稱為紅外線。紅外天文學有時也視為可見光天文學的一部份，因為反射鏡、透鏡等光學元件基本上都能用於紅外觀測。

為了擺脱大氣的這種影響，必須到高空和大氣以外去進行中、遠紅 外探測。

在地面上進行紅外天文觀測，受地球大氣的限制很大。大氣中的水汽、二氧化碳、臭氧等分子，吸收了紅外波段大部分的天體輻射，只有幾個透明的大氣窗口可供地面觀測使用，在這些窗口中被指定的紅外測光系統為J（1.2微米）、H（1.6微米）、K(2.2微米)、L（3.6微米）、M（5.0微米）、N（10.6微米）和Q（21微米）。如要在這些窗口以外的波段進行天體紅外觀測，就必須到高空和大氣外進行。地球大氣不但吸收天體的紅外輻射，而且由於它具有一定的温度（約300K），其自身的熱輻射對探測工作、特別是對波長大於 5微米的觀測，會造成背景噪聲。為了擺脱大氣的這種影響，必須到高空和大氣以外去進行中、遠紅外探測。

由於可能收集到的一般天體的紅外輻射較弱，所以必須精選探測能力很高的紅外探測器。用得較多的探測器是液氮致冷(77K)的硫化鉛光電導器件，液氦致冷（從4K到小於1K）的鍺摻鎵測輻射計。從最早F.W.赫歇耳用簡易温度計測量太陽的紅外輻射到，紅外探測器經歷了很長的改善過程。典型的地面望遠鏡在10微米波長觀測紅外源時，探測器上接收到的源信號是10-14瓦的量級，而探測器上得到的背景輻射卻高達10-7瓦。強的背景噪聲淹沒了微弱的源信號，所以紅外天文探測的一個根本問題是抑制背景噪聲。紅外探測器採取致冷措施就是為了減少元件自身的噪聲。從事波長大於5微米的探測，望遠鏡系統中的一些其他部件（有時連整個望遠鏡）必須進行致冷。致冷技術在紅外天文探測工作中是必不可少的。

在紅外天文望遠鏡中，為了從觀測的源信號加背景的總和中減去背景，設置了調製機構。這樣就大大增加了儀器探測弱源的能力。表給出一般天體紅外輻射的微弱程度和典型的地面紅外望遠鏡所能探測到的極限星等。

F.W.赫歇耳在觀測太陽時，用普通温度計首次發現紅外輻射

首次紅外巡天普查是美國用波長 2.2微米的地面紅外望遠鏡進行的。對-3

3°～ 80°的巡天探測結果，發現亮於40央[1央=10-26瓦/(米2·赫)]的紅外源約5，600個。雖然其中大多數可證認為光譜型在K5型以後的恆星(見恆星光譜分類)，即大多數是晚型巨星，然而，約有50個紅外源在0.8～2.2微米有約1，000K的色温度，並且大多數不與光學天體對應。這項工作已由諾伊吉保爾等人整理成專門的紅外星表。 美國空軍坎布里奇研究實驗所1971年和1972年共7次用火箭在波長4微米、11微米和20微米進行巡天工作，探測範圍約佔79%的天空區域。在4微米測到2，507個紅外源，在11微米測到1，441個紅外源，在20微米測到873個紅外源。有的紅外源在不同波段都測到了，所以探測到的紅外源共約3，200個。以後又進行了幾次探測，測到一些新源。在小部分天區做過更長波段的巡天工作。

美國紅外天文學家霍夫曼等人在1970～1971年用一個小氣球上的望遠鏡，在波長100微米觀測到了極限通量密度104央的近百個紅外源，這些源基本上沿着銀道面分佈。至今探測到的紅外源包括太陽系天體、恆星、電離氫區、分子云、行星狀星雲、銀核、星系、類星體等。在紅外波段也對微波背景輻射進行過探測。此外，高分辨率紅外光譜已在行星和某些恆星方面做出成果，在紅外波段發現了新的星際分子譜線。

改造現有的地面望遠鏡使之適於紅外觀測，以及建造新的專用紅外望遠紅外天文衞星" style="float: right;" src="4afbfbedab64034f515a3b95afc379310b551d89" data-layout="right" width="303" height="400" owner="遠方的小約翰鏡的工作一直在進行。美、英、法、加拿大等國1979年已啓用裝在夏威夷的口徑3.6米的紅外望遠鏡，美國加利福尼亞理工學院建造了口徑10米的紅外望遠鏡。氣球啥10米的紅外望遠鏡。氣球上的1米紅外望遠鏡和飛機載運的91釐米的儀器都已建成投入使用，並獲得許多重要成果。

日本首顆紅外天文衞星

觀測紅外輻射天體的天文衞星。這類天文衞星的主要任務是用紅外望遠鏡對宇宙空間的紅外輻射源包括太陽系天體、恆星、電離氫區、分子云、行星狀星雲、銀核、星系、類星體等進行普查，並在普查基礎上繪製紅外天體圖和對選定的天區和紅外輻射源進行專門的觀測。紅外天文衞星一般選用近圓形太陽同步軌道，衞星上最主要的專用觀測儀器是大型紅外望遠鏡，此外還配備有電子計算機、磁帶記錄器、遙測遙控設備和向地球發回觀測數據的通信天線和轉發器。

1983年1月25日荷蘭、美國和英國合作，發射了世界上第一顆紅外天文衞星(IRAS)。衞星重1076公斤，取900公里近圓形太陽同步軌道，傾角約99°，週期103分鐘。衞星裝有一台重810公斤的用液氦致冷的大型紅外望遠鏡，焦距為5.5米，初級反射鏡直徑60釐米，焦面上共有62個紅外探測器。衞星還裝有低分辨率紅外分光計、短波和長波光度計等。它於1983年11月10日因液氦致冷劑消耗殆盡而停止工作。10個月的觀測結果發現：①在火星和木星軌道之間有 3個都繞太陽旋轉的塵埃粒子環，它們可能是小行星之間相互碰撞或與彗星碰撞所形成的碎片；②在行星際空間有巨大的飄遊的塵埃雲；③第一次通過衞星發現5顆新彗星，並藉助衞星觀測估計出它們的軌道；④在宇宙空間許多地方正在形成新恆星；⑤數十萬個以上新的紅外輻射源。這些發現增進了人們對宇宙的認識並推動了紅外天文學的發展。

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