天文望远镜史话4 超越人类视觉极限

本书为丛书“天文望远镜史话”中的第四本，全面介绍电磁波中除了可见光和射电波以外的其他波段的各种天文望远镜，包括红外线、紫外线、X射线、伽马射线望远镜。电磁波在这些频段有着十分不同的特点，相应地，望远镜的设计思路和观测对象也有很大差别。本书将全面介绍在这些频段中进行天文观测的各种望远镜的特点以及它们的发展。作者分享了望远镜发明和建造过程中鲜为人知的小故事以及他本人的亲身经历。本书内容通俗易懂，文风轻松诙谐，配有大量精美插图，趣味性与可读性并重，特别易于激发青少年读者的兴趣，更有助于读者体会人类在科学探索过程中的创造和传承，感受科学家求真务实、勇于创新的科学精神。

　　程景全，著名天文望远镜专家。1984年获英国威尔士大学结构工程博士学位，多年从事天文仪器研制工作，擅长大望远镜的结构分析与设计。先后就职和访问过中国科学院南京天文光学研究所、中国科学院紫金山天文台、英国格林尼治天文台、爱丁堡天文台、欧洲南方天文台等。现为美国国立射电天文台研究员。曾经担任ALMA telescope（atacama large millimeter array telescope）天线部分科学家，参加和主持英国4.2米光学望远镜，英国3.8米红外望远镜，15米英国-荷兰毫米波望远镜，中国1.05米光学望远镜的设计调整和安装工作，担任13.7米毫米波望远镜工程副总指挥并荣获国家科技进步二等奖。曾任中国科学院首届天文委员会委员，中国天文学会理事。独立撰写中英文专著《天文望远镜原理和设计》。

本书介绍了光学波段和射电波段以外所有其他波段的电磁波天文望远镜的设计思路和发展历程，从红外线、紫外线、X射线、伽马射线本身的发现历史讲起，讲述历史的同时回顾了很多科学家故事，结合作者本人的工作经历，使全书内容真实活泼、简明风趣。全书附有大量精美插图，适合青少年和成人读者阅读。

身处21世纪，借助于各种天文望远镜，人类的天文知识已经十分丰富。航天事业的发展使人类在月亮这个最邻近的天体上留下了自己的足迹。人类制造的航天器也造访过太阳系中一些十分重要的行星和小行星。毫不夸张地说，人类对于宇宙的认知几乎全部来自天文望远镜的观测和分析。
　　天文望远镜是人类制造的用于探测宇宙中各种微弱信号的一种专用仪器。它们的形式多种多样，技术繁杂，灵敏度极高。天文望远镜延伸和扩展了人类的视觉，使你可以看到遥远和微弱的天体，甚至是无法被“看见”的物理现象和特殊物质。
　　经过长时期的发展，现代天文望远镜已经从光学、射电，扩展到包含X射线、伽马射线的整个电磁波频段，以及引力波、宇宙线和暗物质等特殊探测手段，组成各种各样形形色色的庞大望远镜家族。丛书“天文望远镜史话”将专门介绍各种天文望远镜的相关知识、发展过程、最新技术以及它们之间的联系和差别，使读者获得有关天文望远镜的全方位的背景和知识。
　　天文学研究的目标是整个宇宙。汉字“宇”表示上下四方，“宙”表示古往今来，“宇宙”便是所有空间和时间。在古代，人类用肉眼直接观察天体，在黑暗的环境中，人眼可以看到天空中数以千计的恒星。
　　中国是最早进行天文观测的国家之一。2001年在河南舞阳贾湖发掘的裴李岗文化遗址中发现了早在8000年以前的贾湖契刻符号，这也是世界上目前发现的最早的一种真正的文字符号。从那时起，古代中国人就开始在一些陶器上记录重要的天文现象。
　　公元前4世纪，我国史书中就有了“立圆为浑”的记载。这里的“浑”就是世界上最早的恒星测量仪器——浑仪。后来西方也发展了非常相似的浑仪，但他们沿用的是古巴比伦的黄道坐标系，所记录的恒星位置并不准确。直到公元13世纪之后，第谷才开始在赤道坐标系上标注正确的恒星位置。
　　公元前600年，古代中国人已经有了太阳黑子的记录。这比西方的伽利略提早了约2000年。在春秋战国时期，出现了著名的天文学家石申夫和甘德，以及非常重要的8卷本天文专著《天文星占》，其中列出了几百个重要恒星的位置，这比西方有名的伊巴谷星表要早约300年。古代中国人将整个圆周按照一年中的天数划分为365又1/4度，可见他们对太阳视运动的观测已经相当精确，这一数字也非常接近现代所用的一个圆周360度的系统。
　　郭守敬是世界历史上十分重要的天文学家、数学家、水利专家和仪器制造专家。他设计并建造了登封古观星台。他还精确测量出回归年的长度为365.2425日。这个数字和现在公历年的长度相同，与实际的回归年仅仅相差26时秒，领先于西方天文学家整整300年。同样，他在简仪制造上的成就也比西方领先了300多年。
　　光学望远镜是人类眼睛的延伸。天文光学望远镜的发展已经有400多年的历史。利用光学天文望远镜，人们看见了许多原来看不到的恒星，发现了双星和变星。天文学家也发现了光的频谱，恒星的光谱和它的物质成分及温度有着密切的联系。
　　麦克斯韦的电磁波理论使人们认识到可见光仅仅是电磁波的一部分。电磁波的其他波段分别是射电（即无线电）、红外线、紫外线、X射线和伽马射线。为了探测在这些频段上的电磁波辐射，从20世纪30年代以来，天文学家又分别发展了射电望远镜、红外望远镜、紫外望远镜、X射线望远镜和伽马射线望远镜。这些天文望远镜是对人类眼睛光谱分辨能力的扩展。
　　20世纪中期，物理学家和天文学家又分别发展了引力波、宇宙线和暗物质望远镜。这些新的信息载体不再属于电磁波的范畴，但它们同样包含非常丰富的宇宙信息。随着对这些新信息载体的认识不断深入，天文学家正在发展灵敏度非常高的引力波望远镜、规模宏大的宇宙线望远镜和深入地下几千米的暗物质望远镜。这些特殊的天文望远镜是对人类观测能力新的补充。
　　天文望远镜是人类高新技术的集大成之作，天文望远镜的发展也极大地促进了人类高新技术的发展。例如，现代照相机的普及得益于天文望远镜中将光学影像转化为电信号的CCD（电荷耦合器件），手机的定位功能也直接来源于射电天文干涉仪的相位测量方法，而民航飞机的安检设备则是基于X射线成像望远镜技术等等。
　　本套丛书为读者逐一介绍了世界上各式各样天文望远镜的发展历史和技术特点。天文望远镜从分布位置上分为地面、地下、水下、气球、火箭和空间等多种望远镜；从形式上包括独立望远镜、望远镜阵列和干涉仪；从观测目标上包括太阳、近地天体、天体测量和大视场等多种望远镜。如果用天文学的语言，可以说我们已经进入了一个多信使的时代。
　　期待聪明的你，能够用超越前辈的聪明才智，去创造“下一代”天文望远镜。

01 红外线和紫外线的发现
02 红外天文望远镜的要求
03 形形色色的红外天文望远镜
04 紫外天文望远镜
05 X射线的特点
06 X射线探测器的发展
07 早期X射线望远镜
08 X射线掠射望远镜
09 多层干涉反射层望远镜
10 乌呼鲁X射线卫星和黑洞的发现
11 现代X射线望远镜
12 X射线光谱仪
13 微角秒X射线成像工程
14 伽马射线的特点
15 康普顿散射和电子对望远镜
16 编码孔口径望远镜
17 伽马射线空间望远镜
18 神秘的伽马射线暴
19 切伦科夫和阿斯卡莱恩效应
20 切伦科夫伽马射线望远镜
21 广延大气簇射阵
22 地面伽马射线望远镜
23 电磁波天文望远镜
后记