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2020-12-01天文學家的野望LYNX X射線太空望遠鏡
612 期
Author 作者
林彥興／清大理學院學士班，物理 / 天文物理雙專長，EASY天文地科團隊總編輯。
相較於可見光天文學的悠久歷史，X射線天文學（X-ray astronomy）可謂相當年輕的天文領域。由於地球的大氣層幾乎會將來自宇宙的X射線完全吸收，因此想要在地面觀測宇宙中的X射線幾乎是不可能的任務。直到太空科技高速發展的1960 年代，天文學家才開始嘗試將簡單的X光感測器搭載在探空火箭上，發射到數百公里的高空中進行短短幾分鐘的觀測，再將資料送回地面。即使觀測條件如此嚴苛，這些早年的觀測仍為天文學打開了另一扇窗，讓我們得以一窺宇宙高能、狂暴的一面。
經過幾十年的發展，現在地球上空有超過十座X射線天文衛星正在運作中，觀測著宇宙中的超新星殘骸、星系間氣體及活躍星系核等各式各樣的目標。與此同時，未來也有多個X射線太空望遠鏡計畫，正如火如荼的進行中。其中，由美國國家航空暨太空總署（NASA）資助的LYNX（中文意為猞猁）太空望遠鏡當屬最富野心的計畫之一，它將以全面超越現役望遠鏡的性能，探索宇宙的高能區域。
作為一個仍在襁褓中的計畫，LYNX能否持續發展，究竟何年何月才能升空都還是未知數。但這不妨礙我們從LYNX計畫中窺探人類科技的日新月異，以及全世界天文學家未來二十年的野望。
X射線望遠鏡的特殊設計
不過，看看LYNX的長相，真的是座望遠鏡？那些望遠鏡該有的鏡筒、鏡面或透鏡都到哪裡去了呢？這就要從X光的特性談起。
傳統的光學望遠鏡，通常會使用凹面鏡匯聚光線，將光線精準地聚焦在感光元件上產生影像。然而這招對X光卻行不通，由於X光具有強大的穿透力，使它難以被鏡面反射聚焦，甚至會穿透並進而被鏡面吸收。但聰明的科學家與工程師還是想到了解決的方法，他們打造一圈一圈的金屬環，讓X光入射時像打水漂一般輕輕掠過鏡面，就可以讓X光反射、聚焦並成像而不被吸收。這項革命性的技術最早被使用於1979年升空的愛因斯坦衛星（Einstein Observatory），使X射線天文學從原本只能大概知道從哪個方向射來多少X光，進化成能夠呈現出如同可見光天文學所產生的影像資料。
而LYNX的光學系統預計將由457層金屬環組成，搭配三種不同的先進相機與光譜儀，使LYNX在空間解析力、拍攝效率與光譜解析力等領域，都將全面超過現役的X射線望遠鏡。強大的空間解析力，就如同視力很好的人，可以看清天體的細節；拍攝效率的提升，代表在相同的拍攝時間下，可以拍到更暗的天體，或是拍攝更多張影像，觀測更大的範圍；而光譜解析力，則讓LYNX能夠看清光譜的細節，比如各種發射與吸收譜線，並從這些譜線中推導出天體的溫度、組成元素與運動狀態等豐富的資訊。……【更多內容請閱讀科學月刊第612期】