钱卓拉X射线太空观测卫星

宇宙中有各种不同温度的天体，其中超过100万~10亿度的极高温天体例如爆炸的恒星、星系团与黑洞周围的物质等会放射出具有高能量的电磁波X射线。借由观测X射线能够看到可见光所无法观测到的超高温宇宙。美国NASA的钱卓拉太空望远镜的特色是能够分辨细点的高空间解析能力能够拍摄到极为鲜明的图像。由麻赛诸赛州剑桥的"史密森恩天体物理天文台"(Smithsonian's Astrophysical Observatory)操作管理钱卓拉太空望远镜，处理资料并且分配给世界各地的科学家进行分析。

钱卓拉X射线太空观测卫星之前称为"先进X射线天体物理设备"（AXAF），在1999年由NASA的哥伦比亚号太空梭发射，之后以印度裔的天体物理学家Subrahmanyan Chandrasekhar来命名(纪念他计算出白矮星最大质量使人类对中子星和黑洞等高能量天文现象有更深入的了解)。钱卓拉的高角解析度反射镜让其比之前任何X射线太空望远镜灵敏100倍以上。由于地球大气层会吸收掉绝大多数的X射线，所以地面上的望远镜无法侦测到X射线;因此以太空观测卫星来捕捉X射线是必须的。钱卓拉以64小时绕行地球一圈，是世界上最大的X射线望远镜，哈伯、史匹哲与康普顿则分别是最大的可见光、红外线与伽马射线太空望远镜。

1976年Riccardo Giacconi与Harvey Tananbaum提出钱卓拉太空望远镜（当时称为AXAF）计划给NASA。隔年马歇尔太空飞行中心（MSFC）与史密森恩天体物理天文台（SAO）开始前期工作。同时在1978年NASA发射了第一颗X射线太空望远镜"爱因斯坦"（HEAO-2）进入轨道。AXAF计划项目在20世纪80年代~90年代持续地进行。 1992年为降低成本太空船进行重新设计。原本计划的十二个酒桶形(圆柱形)反射镜有四个被取消，六个科学仪器中也有两个被剔除。 AXAF的预拟轨道也被改成椭圆形轨道，在其最远点达到地球与月球距离的三分之一。这也让太空梭无法改良或修理钱卓太空望远镜，但其大部分的轨道位在"范艾伦辐射带"(Van Allen belt)上方。 AXAF由Northrop Grumman Aerospace Systems在加利福尼亚州雷东多海滩进行组装和测试，重量约4.8公吨，镜面直径1.2公尺、焦点距离10公尺。轨道为近地点高度10000公里远地点140161公里椭圆轨道，为此主要进行低地球轨道任务的太空梭需要在非加压舱上多装设一具由波音公司为米国空军开发重量14.7公吨的"惯性上面级火箭"(Inertial Upper Stage；IUS)把太空望远镜送到较高的轨道。

X射线不会以可见光那种方式被反射镜反射，因为X射线是高能量的光子，其直接撞击反射镜后会穿透镜面，这大致上跟垂直瞄准地面发射子弹一样，子弹将被埋在地表下。还有当子弹以掠角(较浅的角度)往地面发射时，子弹将弹离地面。所以X射线在很浅的角度撞击反射镜将会被弹离。这就像把一块石头以较浅的角度往水面丢，石头将跳跃穿过池塘水面。这个特性意味著X射线望远镜与可见光望远镜有很大的不同，X射线光子进入望远镜后必须几乎平行地切过镜面而可见光光子进入望远镜后则被镜面反射。因此不像可见光望远镜采用简单镀铝抛物面反射镜，X射线望远镜通常采用"沃尔特"(Wolter)望远镜，这是由抛物面镜与涂铱/镀金双曲面镜成对构成的酒桶形(圆柱形)反射镜。钱卓拉的"高解析反射镜组件"(HRMA)把反射镜做成类似酒桶型的"镜子壳"共嵌套四圈(八个反射镜)来增加望远镜的总反射。望远镜内的反射面必须被精确地制作，让进入的X射线几乎与之平行。反射镜聚集X射线光子到电子检测器上让其记录光子位置与某些能量事件，然后这些X射线资料被进行分析并重建成产生放射能量的天体图像。而传统望远镜光线被收集和聚焦在一点的方式是天体放射来的可见光光子进入望远镜，被抛物面镜反射并被收集在焦点上。反射镜的面积越大焦点上的图像就越明亮。事实上这种集(聚)光功率，才是使用望远镜的主要理由，而不是要“放大”任何特定物体的能力。这也是天文学家不断寻求建造更大的望远镜的原因;以这种方式从昏暗与远处物体发出的可见光都可以被收集。不幸地X射线光子并不会像可见光光子一样有令人满意地反射。因为这些光子是高能量的，它们会被镜面吸收而不会反射，所以我们无法使用反射镜收集和聚焦来自远处的X射线。搭载仪器方面钱卓拉太空望远镜装设的"整合科学仪器模组"（SIM）拥有"先进感光耦合元件成像光谱仪"（ACIS）和"高解析相机"（HRC）两部仪器，要指定哪个仪器观测时才移动到焦点面上。ACIS由10个感光耦合元件组成，并提供图像以及被观测物体的光谱资讯。高解析相机有两个微通道板组件，具有16微秒的时间分辨率。两部仪器在使用时也可以与望远镜的传输光栅结合使用，透过传输光栅的摆动可改变反射镜后方光的路径，提供钱卓拉太空望远镜高解析光谱。

传统光学望远镜反射镜将无法反射X射线

反射镜在X射线望远镜里的配置方式，让X射线以很浅的角度切过反射镜弹向焦点。

钱卓拉X射线太空望远镜使用8个酒桶型反射镜来提高总反射。

距离地球大约五千光年的蔷徽星云如果利用可见光拍摄看起来很像蔷徽的花朵，所谓星云是指形貌仿佛云朵的气体及微尘的团块，上图是把可见光的观测资料与钱卓拉拍摄的X射线(红色)观测资料加以合成而得。整张图像的宽度大约87光年，钱卓拉的特长之一在于能够分辨细点的高超能力(具备高空间解析力)。钱卓拉发挥这项能力而在蔷徽星云中首次侦测到100个以上刚诞生不久的年轻恒星。恒星是由气体聚集而诞生，图像中的红点即为被观测到的年轻恒星由于年轻恒星的表面发生巨大爆炸因而放射出大量X射线所以才会被钱卓拉发现。

从星系团Hydra A喷出的喷流(粉红色甚大电波阵列VLA的无线电波观测)与高温气体(淡蓝色钱卓拉的X射线观测)图像中也合成了可见光(加法夏望远镜)的观测资料，钱卓拉的观测显现了高温气体(淡蓝色)被喷流推送出去的景象，这些高温气体可能是周围气体被暗物质(具有重力但电磁波侦测不到的不明物质)的强大重力吸引拉扯再一起而浓缩的结果，因而被加热温度达到摄氏1000万度左右。喷流是从星系团中心的超大质量黑洞喷出来的，黑洞在吸进周围物质的同时也会把没有被吸入的那一部分以猛烈之势释放出来而成为喷流的现象。进一步观测喷流气体所放出的X射线发现其中含有大量的铁和其他金属。这些金属可能是星系团中心发生Ia超新星爆炸所制造出来产物。

钱卓拉观测距离地球大约1270万光年的星系NGC7793边缘的微类星体S26(micro-quasars)，微类星体是在遥远星系内能量强大的类星体缩小版，所谓恒星质量黑洞是指质量约为太阳数倍左右的黑洞，借由钱卓拉观测拍摄到从该黑洞往上下方喷出的喷流以及其周围气体因而被加热的模样。左图白框内绿色的部分为黑洞，红色与黄色部分是被喷流加热的高温气体，观测到的高速喷流长度约达1000光年是截至目前为止所观测到的相同喷流中规模最大的一个。左图是把钱卓拉的X射线观测资料(红、绿、蓝色)与可见光的资料(智利的甚大望远镜VLT观测蓝色)、Halpha(氢发出的可见光，利用位于智利的CTIO 1.5公尺望远镜黄色)的资料合成而得。右上图是把白框放大，只有X射线颜色相同，中心的蓝绿色部分为恒星质量黑洞由该处往斜上下方喷出喷流，右上的红色到黄色部分与左下的黄色部分是被喷流加热的高温气体。

下图是位于室女座方向上距离地球大约22亿光年的巨大星系团，无数个淡橙色点都是星系，依据可见光(白色和黄色)及X射线(紫色)的资料合成的图像。布满空间的则是大约1亿度的高温气体，调查放射出的X射线高温气体的性质求出把它封闭起来的重力。由于整个星系团的巨大重力发挥透镜的作用把位在Abell 1689背后原本应该不会显现的星系的光聚集起来，结果位于大约128亿光年远处的星系变成细长扭曲的形状出现在各个角落。根据这些扭曲情形可以计算出Abell 1689内的质量分布。