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title: "一枚火箭发现了异常明亮的 X 射线天空"
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last_modified: "2026-10-24"
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[恒星与看天空的新窗口](https://sandboxphysics.com/zh/stories/astronomy-gravity/#stellar)

天文 · 宇宙学 · 引力

# 一枚火箭发现了异常明亮的 X 射线天空

Sandbox Physics · 2026-10-24

飞到大气上方的短短几分钟，怎样揭示了一类新的天体？

1. 把计数器送到吸收层上方
2. 随火箭旋转比较计数
3. 找到偏离月球的强源
4. 发展巡天与聚焦望远镜

1962 年 6 月先用计数器发现太阳系外的源，随后才有掠入射成像与卫星巡天；Giacconi 在 2002 年获奖。

## 原先想看的目标是月球

当地时间 1962 年 6 月 18 日深夜，一枚 Aerobee 火箭从美国新墨西哥州白沙发射场升空，带着三台辐射计数器。Riccardo Giacconi、Herbert Gursky、Frank Paolini 和 Bruno Rossi 想找太阳照射月面后激发的 X 射线，也想顺便寻找夜空里的其他源。最强的信号却来自另一个方向，后来被命名为天蝎座 X-1。

这个源在肉眼看到的星空里毫不起眼，在 X 射线里却异常耀眼。光学望远镜按可见光把天体排出亮暗，换成能量高得多的 X 射线光子，同一片天空便排出了另一种顺序。有些天体把大量能量释放在肉眼看不见的波段，新仪器找到了观察它们的办法。

来源：[1] [2] [4]

## 先越过挡住信号的空气

地球大气会吸收来自太空的 X 射线。在地面望远镜旁边安放更灵敏的探测器，仍然看不到被空气挡住的信号，必须先把仪器送上高空。火箭最高到达约 225 千米，在 80 千米以上停留约 350 秒，能用来观测的时间还不到六分钟。

载荷里的 Geiger 计数器装着气体，辐射在里面沉积能量，就会触发电脉冲。薄云母窗允许 X 射线进入，厚薄不同的窗又提供了比较吸收强弱的机会。三台计数器里，两台正常工作；另一台出现放电异常，团队在分析中舍弃了它。

来源：[1] [5]

## 火箭一转，计数器就扫过一片天空

火箭每秒大约自转两圈，计数器跟着扫向不同方向。光学传感器记录姿态，研究者才能把每个电脉冲归到它到来时的朝向。仪器没有拍出照片，反复转过同一个方向时，计数却可以一次次升高，指出那里有一个强源。

把计数按方向画出来，最明显的峰偏离月球，两台正常仪器都看到了它。峰外仍有信号，提示还有更广的背景辐射。计数器视野很宽，也没有用机械准直器收窄，最初的观测还不能精确定位，更无法立刻认出对应哪一颗可见恒星。更准确的位置要等后续观测；太阳系外存在强 X 射线源，已经清楚地显现出来。

视野窄，仪器一次只收一小片天空的光，位置就比较容易判断。最初计数器把很宽角度内的光混在一起，能随转动找到强峰，却很难指出峰里究竟藏着哪个天体。要认出光学伴星，还需要把位置测得更准。

来源：[1] [2] [3]

## 窗的厚薄帮助辨认信号

高能带电粒子也会触发计数。团队在周围安排其他探测器，剔除许多带电粒子同时穿过所造成的事件，再比较两台正常工作的 X 射线计数器。云母窗厚度不同，读数响应也明显不同；加上集中在某个方向的强峰，支持了这种容易被云母吸收的信号属于较低能量 X 射线。团队在 1962 年 12 月发表结果，靠仪器对辐射的不同响应，解释了天空里那个意外的峰。

来源：[1]

## 多看一会儿，才知道天体在做什么

火箭只能匆匆看几分钟，卫星可以反复观测一个源，追踪它的变化，也能巡视更多天空。1970 年发射的 Uhuru 迈出了这一步，用比例计数器和受限视野寻找天体。比例计数器同样装着气体，但电脉冲大小还与沉积能量有关。一次次回访带来了短暂飞行难以提供的位置与时间变化。

这些观测帮助人们认识了一批含致密星的双星系统。伴星的气体受引力吸引，向致密星落下，升温、减速，把引力能释放出来。这个流入过程叫吸积，小小一片区域也能发出很强的 X 射线。天蝎座 X-1 后来被认识为含中子星的这类系统。气体下落释放引力能，让它在 X 射线里耀眼发光；普通恒星则主要靠内部核燃烧供能。

来源：[3] [4] [5]

## 拍出图像，还得换一种装置

数到 X 射线和把它聚成图像，是两件事。X 射线正撞镜面时通常会被吸收，擦着表面掠过时却可能反射。把镜面加工成特定曲面，再一层层套起来，便能用掠入射反射把光子引向焦点。1963 年，火箭实验先用这种光学系统拍摄太阳；1978 年发射的 Einstein 天文台把大型聚焦光学带进宇宙 X 射线观测。

2002 年诺贝尔物理学奖表彰 Giacconi 对发现宇宙 X 射线源所作的开创性贡献。这段历程先有计数峰，后来才有精细图像。人们先在天空里发现意外的强源，再逐步看清它们在哪里、怎样变化、靠什么发光。

来源：[5] [6] [7]

## 来源与阅读说明

1. [Giacconi, Gursky, Paolini and Rossi (1962), Evidence for X Rays From Sources Outside the Solar System](https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.9.439)

   439 页介绍装置与飞行，图 1 画计数与方位角；窗厚响应和方向变化共同支持 X 射线解释。

2. [NASA HEASARC, Early Observation of Sco X-1](https://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/objects/binaries/scox1_1962.html)

   1962 年发现与 1966 年更精确定位是两步；页面所示扫描图来自 1967 年。

3. [Royal Swedish Academy of Sciences (2002), Advanced information on the Nobel Prize in Physics](https://www.nobelprize.org/uploads/2018/06/advanced-physicsprize2002.pdf)

   图 7—8 介绍火箭载荷与计数，卫星部分接着说明 Uhuru 巡天和致密双星解释。

4. [Giacconi (2002), The Dawn of X-Ray Astronomy](https://www.nobelprize.org/uploads/2018/06/giacconi-lecture.pdf)

   沿着早期计数器、Uhuru 到聚焦天文台的发展阅读，并留意引力能释放的作用。

5. [Chandra X-ray Center, History of X-Ray Astronomy](https://www.chandra.cfa.harvard.edu/xray_astro/history.html)

   掠入射镜原理、1963 年太阳成像与 1978 年 Einstein 天文台，帮助分清聚焦成像与计数。

6. [Center for Astrophysics, Einstein Observatory](https://www.cfa.harvard.edu/facilities-technology/telescopes-instruments/einstein-observatory)

   天文台以掠入射光学与灵敏成像探测器，扩展宇宙 X 射线观测。

7. [Nobel Prize in Physics 2002, official summary](https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2002/summary/)

   Giacconi 的宇宙 X 射线源贡献获得一半奖项，Davis 与 Koshiba 的中微子贡献获得另一半。

[我们怎样读懂宇宙](https://sandboxphysics.com/zh/stories/astronomy-gravity/) [白矮星为什么有质量上限](https://sandboxphysics.com/zh/stories/astronomy-gravity/chandrasekhar-stellar-support/) [Hess 在云层上方找到了更强的辐射](https://sandboxphysics.com/zh/stories/astronomy-gravity/hess-balloon-radiation/)