我國空間天文的發(fā)展

自從人類對太空天體開展研究以來，一直是在地面用人眼或地面望遠(yuǎn)鏡展開觀測。然而由于地球大氣的屏蔽作用，使用這種方式觀測到的電磁波范圍有限，只是在可見光、射電，以及部分近紅外區(qū)域。在一些海拔極高、氣候干燥的地方，也可進(jìn)行毫米和亞毫米波的觀測。對于大部分的高能光子波段，比如紫外線、X射線，以及伽馬射線，對其觀測的唯一方式是使用位于太空的望遠(yuǎn)鏡。

最早的空間觀測是在第二次世界大戰(zhàn)以后開始興起的。由于火箭技術(shù)的發(fā)展，美國海軍實驗室首先開始利用火箭對太陽進(jìn)行觀測。1946年，美國海軍實驗室的Richard Tousey利用在二戰(zhàn)中繳獲的德國V2火箭裝載一臺紫外相機，首次對外太空天體進(jìn)行紫外觀測，拉開了利用太空進(jìn)行天體觀測的序幕。

早期的火箭觀測是在火箭上裝載探測設(shè)備，利用火箭飛出大氣層外極短的時間進(jìn)行觀測。在1957年人造衛(wèi)星上天后，人們便設(shè)計出圍繞地球轉(zhuǎn)動的空間望遠(yuǎn)鏡，以便長時間進(jìn)行觀測。在半個世紀(jì)以來，空間望遠(yuǎn)鏡的技術(shù)不斷發(fā)展，能力也越來越強大，目前幾乎覆蓋了整個電磁波段，同時也開始向暗物質(zhì)和引力波探測方面發(fā)展②③。

我國的空間觀測起步較晚，最早是在1978年之后，以中科院高能物理研究所為主，開展了一些利用高空氣球進(jìn)行宇宙線探測的實驗。自從進(jìn)入21世紀(jì)后，空間探測的腳步明顯加快，特別是和我國載人航天工程、探月工程密切結(jié)合，呈現(xiàn)出跳躍性的發(fā)展。

我國在空間飛船上最早搭乘天文觀測儀器的是“神舟二號”。2001年，在神舟二號上搭載了三臺科學(xué)儀器：超軟X射線探測器、X射線探測器和γ射線探測器，用于監(jiān)測太陽和宇宙天體的高能輻射。隨后，搭載探測器的工作先后在多個飛行器上實現(xiàn)，在這里比較突出的是嫦娥二號。嫦娥二號上搭載的高分辨率相機不僅獲得了迄今為止最為清晰的月球表面照片，而且在其后的實驗中近距離地完成了對小行星4179的觀測（最近距離僅為3.2公里），這是我國首次對小行星進(jìn)行探測④。嫦娥二號在完成探月任務(wù)后即飛往在天文研究中有極其重要意義的、距離地球約150萬公里的地球—太陽系統(tǒng)的第二拉格朗日點，進(jìn)行科學(xué)考察任務(wù)。

嫦娥三號則更進(jìn)一步。由于可以登陸月球，我國首次利用登月著陸器裝置了兩臺月基望遠(yuǎn)鏡。一臺是口徑約為15厘米的天文月基光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，在近紫外和光學(xué)波段展開對天體光變的連續(xù)監(jiān)測，以及對低軌道帶附件的巡天觀測。另外一臺為極紫外相機，主要是對地球周圍的等離子體層實施大視場成像，研究太陽風(fēng)等對地球周圍空間環(huán)境的影響。

在2015年我國空間探測取得了重大突破。2015年12月我國首個空間望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星，暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星（Dark Matter Particle Explorer，簡稱DAMPE），于甘肅酒泉發(fā)射上天。這個衛(wèi)星攜帶了一系列探測器，用于尋找暗物質(zhì)粒子，研究高能宇宙射線和高能伽馬射線。目前衛(wèi)星運行狀況良好，已取得了一些初步結(jié)果。

我國目前還另外有一批空間望遠(yuǎn)鏡項目，處于研發(fā)的不同階段，其中最接近發(fā)射的是空間硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡（Hard X-ray Modulation Telescope，簡稱HXMT）。其主要科學(xué)目標(biāo)是在硬X射線波段展開寬波段（1～200千電子伏特）巡天，以期發(fā)現(xiàn)大量被塵埃所遮擋的黑洞和其他未知天體。

我國空間探測下一步最重要的目標(biāo)之一是空間站的建設(shè)。中國載人航天遠(yuǎn)期目標(biāo)是建立一個永久性的空間實驗室，以供航天員、科學(xué)家在太空長期使用，為人類和平開發(fā)太空做出貢獻(xiàn)。空間站的工程目前已在有條不紊地進(jìn)行。繼2011年天宮一號發(fā)射成功后，2016年9月天宮二號也順利進(jìn)入運行軌道，10月兩名宇航員通過神舟十一號飛船首次進(jìn)入天宮二號。最終，我國預(yù)期將在2020年前后建成規(guī)模較大、長期有人參與的國家級太空實驗室。

我國的空間站上將搭載若干進(jìn)行天文觀測的儀器，包括用于探測伽馬射線暴偏正的POLAR、尋找暗物質(zhì)粒子和探測宇宙線的HERD，以及用于巡天的大型光學(xué)望遠(yuǎn)鏡（口徑約為2米）。

伽馬射線暴是宇宙中最劇烈的現(xiàn)象之一，一般認(rèn)為它來自于大質(zhì)量恒星的塌縮，或兩個致密天體的并合。目前對伽馬射線暴的測量大部分集中于測量入射光子的能量、來自方位，以及到達(dá)時間等信息。而POLAR探測器將重點測量伽馬光子的偏振，這將會提供伽馬射線暴發(fā)生時其周邊環(huán)境比如磁場等方面的信息，從而進(jìn)一步解開伽馬射線暴之謎。

計劃在2022年左右安裝到中國空間站的2米光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的主要科學(xué)目標(biāo)是研究宇宙學(xué)和星系的形成與演化。在建成后它的巡天項目將成為世界上最大的巡天項目之一，在光學(xué)和近紫外波段將以超高的空間分辨率觀測超過上萬平方度的天區(qū)。這將對暗能量和暗物質(zhì)的研究、檢驗廣義相對論和其他引力理論、宇宙結(jié)構(gòu)的等級成團(tuán)和星系形成、近場星系與銀河系的結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域的研究產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。