紫外天文学
紫外天文学（ ultraviolet astronomy ），通过电磁波的紫外线波段研究天体的一门学科。紫外(UV)线波段介于可见光和X射线之间，在10～300纳米范围内。通常紫外波段分为远紫外（91.2～121纳米）、经典紫外（又称真空紫外，波长短于200纳米）和近紫外（波长长于200纳米）3个波段。氢原子的莱曼系限外的连续吸收，即使对非常靠近的星体也是很严重的，所以紫外天文学的研究范围实际上只限于91.2～300纳米之间。因为通常元素的中性和电离态的共振线，在紫外区要比可见光区丰富得多，而共振线对研究天体的物理状态和化学组成是最为敏感的。紫外观测有3个明显优点：①早型星的辐射正位于300纳米的紫外区。②紫外是原子、离子和分子的共振跃迁波段，这是研究天体的物理和化学性质的极好的工具，特别是类太阳活动的独特观测工具。③当移向紫外区时，天空背景辐射明显地下降，约暗40倍，这非常有利于观测暗天体和展伸源如遥远星系。
发展史
地球大气对紫外线有吸收作用，对于波长为200～300纳米的紫外线，可用高度达50千米的气球进行观测，如要观测整个紫外波段就必须利用探测火箭和卫星。地球大气外虽可对太阳及其行星进行整个紫外线波段的研究，但对太阳系外天体的研究还受到星际气体吸收的限制。第二次世界大战发展了弹道火箭技术，为发展大气外紫外观测成为可能。1946年美国海军实验室用V2火箭观测太阳UV光谱；1955～1957年又用火箭观测恒星，在270纳米处UV带宽Δλ=35纳米。1965年可观测预先选择的恒星光谱，从而修订了恒星的温度定标并开始研究恒星的质量损失。1972年欧洲空间研究组织发射了TD−1卫星，在115～320纳米波区对全天作了巡天观测，获得30 000颗星的资料。1978年1月28日欧美联合发射的国际紫外天文探测器（IUE），载有一架口径43厘米的卡塞格林望远镜和两台摄谱仪（高色散和低色散），工作于115～400纳米。这架紫外望远镜在运行了18年之后，于1996年“退役”。这期间IUE共取得11万个天体的紫外光谱。首次发现恒星风；观测了超新星1987A的爆发，这是一个由蓝超巨星爆发的超新星，突破了只有红巨星才能爆发超新星的原有观念；发现了木星的极光、磁场和大气；发现了空间存在的大量插入气体云；发现了一大批活动星系核和活动天体等。在1990年6月1日发射的ROSAT卫星上还载有EUV（极端紫外）望远镜，探测能量在25～100电子伏间的源。结果共发现384个源，主要为白矮星和晚型活动星，其他为激变变星和河外天体。1992年6月7日发射了EUVE（极紫外探测者）卫星。上载3个掠射扫描望远镜和一个谱望远镜（5～74纳米）。发现的天体中55%为晚型星，30%为白矮星，其他为激变变星、早型星和河外天体。最亮的源为εCMa，是一个光谱型为B2Ⅱ的蓝巨星，1990年HST升天，它也装有紫外成像摄谱仪(SST)；正在工作的哈勃空间望远镜的紫外观测仪器，是这一领域中的最大者并获得成果最多。1997年10月，国际天文学界在西班牙召开了IUE后的紫外天文学国际会议，通过了两项重要议题：一是欧洲空间局将IUE所取得的全部资料，用新的软件包INES重新处理、定标后，赠送给已经建立了IUE数据库的29个国家和地区，其中包括中国；二是由W.沃姆斯台科发起、筹备和设计21世纪“世界空间天文台/紫外卫星(WSO/UV)”。
紫外探测设备
紫外天文学在研究对象和课题上都是同光学天文学密切配合的，实质上是波段范围向紫外的自然延伸。在方法和技术上与传统的天文光学也很相似。除了与空间天文学一样对火箭、卫星等技术有共同的要求外，还要求有较大的望远镜(除太阳的低分辨率光度测量外)和望远镜终端设备。成像系统和探测器所用的透射材料有氟化锂、氟化镁、蓝宝石和熔石英等。反射镜面和光栅涉及反射用的镀膜材料，最广泛采用的是铝。但在紫外区要得到好的反射性能必须防止铝形成氧化膜，为此要在光洁的铝面上镀一层极薄的氟化镁作为保护层。卫星上用的镜面材料必须轻而结实，铍较为合适，但其热膨胀不均匀性较严重。使用的低膨胀系数的材料有微晶玻璃、熔石英等。紫外观测所用的探测器有照相乳胶、光电倍增管和像增强器等光电成像器件；不过在紫外区还可使用与X射线测量中类似的气态电离室和正比计数器，但必须采用合适的气体和窗口材料。对于波长较短的探测必须采用无窗式的紫外光电倍增管。适用于可见光区的高灵敏光阴极材料也可用于紫外区。不过既要用于300纳米以下探测，必须对300纳米以上不敏感。对于波长范围200纳米以下的探测，可选用卤化碱作光阴极。近年来制成供空间探测用的多通道电子倍增器也可用于远紫外。由这种仪器发展而成的微通道板电子倍增器现已成为图像研究的重要工具。在图像探测方面还可利用电子照相机、像增强器、电视摄像管和像光子计数器等。
紫外观测对于跟踪温度太低而不能发射X射线的星系际气体的演化是必须的，而高分辨率紫外光谱学对于研究星际气体的成分和动力学非常重要。衍射极限大视场成像能够巡视地面观测不能发现的暗源。要在这些HST不能够研究的问题上获得明显的进展，将需要一架光通量和多重性效率增加100倍的带分光仪的紫外光学空间望远镜。为此计划开发超导隧道结或跃迁边缘器件等更加灵敏、能量分辨率更高的紫外检测器以及更大的轻型精密反射镜的技术。21世纪，天文学已经走向全波段观测，紫外波段是极其重要的波段之一。这是由于天体在这一波段内有极强的吸收线或发射线，为探讨天体结构和演化不可缺少的一个波段。天体的紫外辐射经过大气层时，不可避免地会被其中的臭氧分子吸收掉，只有靠设在大气层外的空间装置才可能接收到。
紫外天文学成就
紫外观测已为现代天文绘制了一幅紫外波段的全天景象。由于星际气体的消光，在极端紫外看到的天空十分朦胧，只有近星系或最亮的源才能探测。而在常规紫外波段，热星和被星际尘埃散射的银河星光，呈现得清晰。
①太阳和太阳系。太阳紫外光谱中有许多高电离硅、氧、铁等元素的谱线，为太阳色球与日冕间过渡层和耀斑活动的研究提供极有价值的信息。由于许多原子和分子的共振线属于紫外区，且在此波长上分子的散射比起固体粒子的散射更为重要，因此通过对太阳系内的行星、彗星等天体的紫外光谱、反照率和散射的观测，有助于确定它们大气组成，从而建立大气模型。
②恒星和星团。紫外观测对于早型星包括O、B、A型星（见恒星光谱）、白矮星和行星状星云的中心星都是非常重要的，它们在紫外区有最强的辐射；这样还研究了大质量热星和它们的“后裔”，如W–R星，高光度蓝变星(LBV)；对于晚型星包括F、G、K和M等型的观测其重要性和太阳类似，因为这是研究恒星色球和星冕尤其是二者之间的过渡层必不可少的手段。
紫外观测对于星际物质的研究有特殊意义。星际物质包括星际尘埃（小固体粒子）和星际气体两部分。星际尘埃对不同波长的星光有不同的消光作用，即产生所谓星际红化。消光曲线对恒星天文和星际尘埃的研究十分重要。紫外区消光曲线的特点是在1/λ=4.6微米−1(λ为波长）附近有一相当明显的隆起，在1/λ=5.5～7.5微米−1的范围内有相当宽的极小，并且是向远紫外很快上升的。这个观测表明，星际尘埃中含有直径10纳米左右的石墨粒子。关于星际气体，主要来自可见光区中性钠和电离钙的共振线的星际吸收测量和中性氢21厘米谱线射电观测。不少星际分子、原子和离子的共振线在紫外区，氢的莱曼系α谱线Lα就是一个例子。通过对早型星的Lα线星际吸收的测量，可确定星际氢原子分布，其精度比21厘米射电观测为高，还可作出氢与其他星际气体成分含量的精确比较。还有许多星际气体的谱线出现在紫外区，如CⅠ、CⅡ、NⅠ、NⅡ、OⅠ、SiⅡ等。分子氢的莱曼带处在波长短于110.8纳米的紫外区，它在密的尘埃云中已被观测到。一氧化碳也在紫外光谱中被找到，通过紫外观测确定了12C和13C的比值。通过紫外观测一定会大大扩充对星际气体的成分和物态的认识。
③星系。不论正常星系或特殊星系，在紫外区都会有强的辐射。由于星系的辐射有较大红移，因此它们的紫外线可避开星际氢对Lα线的严重吸收，并突破短于91.2纳米的禁区而提供重要的信息。星系紫外研究不仅能增进对星系物态的认识，并可延伸其红移的测量。紫外观测表明，星系在紫外区有较大的紫外色余，可能是存在较多的热星的缘故。IUE集中观测了赛弗特−1星系（见赛弗特星系），如观测了NGC4 552的光变，确认活动星系核(AGN)有很强的紫外辐射。
未来最大的开发是发射星系演化探测器(GALEX)，它计划在13～30纳米范围内获得一系列光谱和图像，可对本星系群的性质和红移介于0＜z＜2的星系的金属产生历史及星系演化加以研究。
