鄧鴻源觀點:天文學研究是人類心靈最偉大的探險

2024-07-27 06:30

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錢德拉X射線天文台(Chandra X-ray Observatory)示意圖。(取自NASA)

錢德拉X射線天文台(Chandra X-ray Observatory)示意圖。(取自NASA)

據報導,為了慶祝錢德拉X射線天文台(Chandra X-ray Observatory)發射升空25周年,美國國家航空航天局(NASA)日前公布了該天文台拍攝的25張新圖片,呈現壯觀的宇宙天體,令人目不暇給。

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錢德拉X射線天文台是世界上最強大的X射線望遠鏡,製造耗資15.5億美元,原名為「先進X射線天文設備」(AXAF),1998年,為紀念美籍印度裔天體物理家錢德拉塞卡而更名。1999年7月23日,錢德拉X射線天文台由哥倫比亞號太空梭搭載升空,運行在一條橢圓軌道上,近地點為1萬公里,遠地點為14萬公里,軌道週期為64小時。衛星在軌期間由哈佛大學史密松天文台負責操控和運作。

天文學術語錢德拉塞卡極限以他為名

錢德拉的中文原名叫做蘇布拉馬尼安.錢德拉塞卡(Subrahmanyan Chandrasekhar,1910年10月19日-1995年8月21日),印度裔美國籍物理學家和天體物理學家。1983年,他因在星體結構和進化的研究而獲得諾貝爾物理學獎。錢德拉塞卡從1937年開始在芝加哥大學長期任職,1953年成為美國公民。

天文學術語中有錢德拉塞卡極限(Chandrasekhar Limit),就是以其姓氏命名,是恆星末年以電子簡併壓力阻擋重力塌縮形成白矮星所能承受的最大質量,這個值大約是1.44倍太陽質量 ,計算的結果會依據原子核的結構和溫度而有些差異。

值得一提的是,錢德拉塞卡極限是由錢德拉塞卡於1930年所計算出來的,當時他正從印度搭船前往英國劍橋大學的路上。1950年,錢德拉塞卡的學生李政道,重新計算將白矮星上限質量從5.6倍太陽質量降到現在公認的1.44倍太陽質量。

對白矮星而言,電子簡併壓力是其抵抗重力的唯一力量,因此1.44倍這個值也是白矮星的質量上限。主序星的質量若超過8倍的太陽質量,在演化結束前若不能拋掉足夠的質量成為穩定的白矮星,可能會成為中子星或是黑洞 。其中中子星的質量上限,是太陽的3倍。

天文學家利用錢德拉望遠鏡,研究許多天文景觀與奧祕

電子簡併壓力是依據量子力學的包利不相容原理所產生的效應。因為電子是費米子,在一個原子內不能有兩個電子有著相同的量子狀態,即電子佔有不同的能階,電子能量將因為物質重力壓縮而增加,原子中的電子雲也必須施加向外的壓力來抗拒重力的進一步壓縮,這就是電子簡併壓力的起源。

NASA指出,X射線是一種特別具有穿透力的光,可以揭示極熱天體與其活躍的物理過程。在X射線中,太空中很多迷人的區域會發出強烈的光芒,例如恆星爆炸的碎片和在黑洞四周旋轉的物質。恆星、星系,甚至行星,都會發出X射線。

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