X射线和伽马射线仪器

X射线和伽马射线仪器利用掠入射光学、编码孔径和粒子追踪探测器，而非传统光学望远镜的反射镜，探测天文学中最具能量的光子。

Definition

X射线和伽马射线仪器包括用于观测能量范围从大约一百电子伏特到太电子伏特的光子的光学器件和探测器，其设计基于这些光子无法通过普通反射或折射聚焦的事实。

Scope

本主题涵盖嵌套式掠入射X射线反射镜、用于成像和测量光子能量的X射线CCD和微量热计、用于更高能量的准直器和编码孔径掩模、用于伽马射线的对追踪和康普顿望远镜，以及间接探测最高能量伽马射线的地面大气切伦科夫技术。

Core questions

• X射线穿过普通反射镜时如何聚焦？
• 伽马射线完全无法聚焦，它们如何成像？
• 高能光子的能量如何测量？
• 最高能量的伽马射线如何从地面探测？

Key theories

掠入射光学

X射线仅在浅掠射角下才能有效反射，因此X射线望远镜嵌套了许多同心反射镜壳，例如沃尔特设计，以收集和聚焦它们。

编码孔径和粒子追踪

伽马射线不是通过聚焦成像，而是通过编码掩模投射阴影，或通过追踪它们在分层探测器中产生的电子-正电子对和康普顿散射来成像。

成像大气切伦科夫技术

最高能量的伽马射线通过成像它们在大气中触发的空气簇射产生的短暂切伦科夫光闪烁来从地面探测。

Clinical relevance

高能仪器探测吸积黑洞和中子星、超新星遗迹、活动星系核、伽马射线暴和炽热星系团气体，揭示了宇宙中在较低能量下不可见的极端物理现象。

History

贾科尼和罗西于1962年的火箭飞行发现了第一个宇宙X射线源，开启了X射线天文学。沃尔特设计的掠入射光学器件使得爱因斯坦和钱德拉等成像X射线望远镜得以实现，而伽马射线任务和地面切伦科夫阵列则开启了甚高能天空的观测。

Key figures

• Riccardo Giacconi
• Bruno Rossi
• Hans Wolter

Seminal works

• seward2010
• longair2011
• giacconi1962

Frequently asked questions

如果X射线能穿过普通反射镜，X射线望远镜如何形成图像？

X射线只有在以非常浅的角度掠过表面时才能有效反射。因此，X射线望远镜使用一组嵌套的桶形反射镜，X射线沿其掠过，逐渐将其弯曲到一个共同的焦点，这种配置被称为掠入射或沃尔特光学。

最高能量的伽马射线如何从地面进行研究？

这类伽马射线过于稀有且能量过高，无法用卫星直接探测。当它们撞击大气层时，会产生一系列粒子，这些粒子会发出微弱的切伦科夫光闪烁，地面望远镜阵列通过成像这些闪烁来重建伽马射线的能量和方向。