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讲述X射线发现史 昔日天文学科技变身医学利器

http://www.kexue.com 2012-11-14 10:08:52 腾讯科学  发表评论

X射线天文学与贾科尼
在医院体检的时候,医生会用X射线仪透视你的心肺

  X射线,想必你并不陌生。在医院体检的时候,医生会用X射线仪透视你的心肺。这种仪器的X射线是人工产生的。用一定的电压在真空中把电子加速,让电子打在一个靶上。电子突然减速过程中,它的大部分动能即转化为光子能量,从而发出X射线。1895年11月,德国物理学家伦琴(W.K.Roentgen )在进行阴极射线的实验中,发现射线管中发出了某种射线。因为当时对于这种射线的本质属性了解甚少,所以他称之为X射线,表示未知的意思,现在也称为伦琴射线。1901年诺贝尔奖第一次颁发,伦琴就由于这一发现而获得了这一年的物理学奖。

  现在我们知道X射线是一种电磁波。可见光也是电磁波,不过X射线的波长比可见光要短得多。宇宙空间的各种天体,在各种波长上发出的电磁辐射,包括可见光和X射线,给我们带来了关于天体的信息。

自古以来,人们一直在可见光波段观测天体,这就是传统的光学天文学。在很长的时期里,人们只能接收天体发出的可见光,这其实是电磁辐射中极其狭窄的范围。事实上,许多天体如恒星、星系等在发出可见光的同时还发出射电、红外、紫外、X射线或γ射线等辐射。

  磁辐射中的粒子称为光子。电磁波的能量就以光子的能量表示。电磁波的波长越短(频率越高),相应光子的能量越大。X射线的波长从10纳米到0.002纳米,其光子携带着相当大的能量,所以天体的高能现象都伴随着X射线(有时还有γ射线)的辐射。X射线中波长较短即能量较大的部分,又称为硬X射线,波长较长即能量较小的部分,又称为软X射线。在X射线的这两端,分别与γ射线和紫外线波段的一部分重合,彼此很难截然区分。

  地球的表面覆盖着深厚的大气层。地球大气中的各种粒子对进入大气的电磁波产生吸收和散射等作用,使得除可见光、部分无线电波和小部分红外线以外的天体辐射都难以穿透大气到达地面。为了克服大气对地面观测的限制,空间天文技术应运而生。这就是应用高空气球、探空火箭和人造卫星等运载天文观测仪器到大气层外进行观测。空间天文探测的对象主要是被阻挡在大气窗口之外的各种电磁波段,即γ射线、X射线、紫外线、红外线以及从短波到甚长波的射电波。

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