德國 ， 它們 不 叫 X 射線 ， 相反地 ， 它們 是 根據 在 1895年 發現 X 射線 的 德國 物理學家 侖琴 （ Wilhelm Röntgen ） 來 命名 。 我們 區別 它們 的 方式 ， 就 和 我們 辨識 光譜 中 其他 成員 的 方式 一樣 ， 是 根據 三 個 不同 、 但 彼此 相關 的 物理量 ： 頻率 （ 每 秒鐘 的 次數 ， 單位 是 赫茲 ） ； 波長 （ 個別 的 波 的 長度 ， 基本 單位 是 公尺 ， 但 以 目前 這 個 例子 ， 我們 採用 奈米 為 單位 ） ； 能量 （ 單位 是 電子 伏特 〔 eV 〕 ， 或 千 電子 伏特 〔 keV 〕 ） 。 我 在 這裡 很 快 地 給 你 一些 比較 數字 。 綠 光 的 波長 大約 是 一千萬分之五 公尺 ， 或是 500 奈米 （ nanometer ） ， 其 能量 約 2.5 電子 伏特 。 能量 最 低 的 X 射線 光子 大約 是 100 eV ， 也 就 是 一 個 綠光 光子 的 能量 的 四十 倍 ， 其 波長 大約 是 12 奈米 。 最 高 能量 的 X 射線 大約 是 100 ke V ， 波長 約 0.012 奈米 （ 你 的 牙醫 使用 的 X 射線 能量 可 達 50 ke V 。 ） 。 再 來 考慮 一下 電磁 光譜 的 另 一 端 ： 在 美國 ， 無線 電台 用 調幅 （ AM ） 頻道 來 廣播 ， 其 頻率 介於 520千 赫茲 （ 波長 577 公尺 ） 與 1,710千 赫茲 （ 波長 175 公尺 — — 幾乎 是 一 個 足球場 長度 的 兩 倍 ） 。 它們 的 能量 比 綠光 小 十億 倍 ， 比 X 射線 小 一兆 倍 。 自然界 有 許多 種 不同 的 方式 可以 產生 X 射線 。 大部分 放射性 元素 會 在 原子核 衰變 時 發出 X 射線 。 此時 電子 會 從 高能階 跳到 低能階 ； 其 間 的 能量差 就 會 以 X 射線 光子 的 形式 被 釋出 。 這些 光子 的 能量 並 不 連續 ， 因為 電子 的 能階 是 量子化 的 。 或者 ， 當 電子 高速 經過 原子核 時 ， 它們 會 改變 方向 ， 將 部分 的 能量 以 X 射線 的 形式 釋出 。 我們 用 一 個 非常 艱澀 的 德文 名字 「 bremsstrahlung 」 （ 制動 ） 來 稱呼 這 一 種 X 射線 發射 ， 它 在 天文學 以及 任何 的 醫療用 X 射線 機器 中 都 非常 普遍 ， 字面 上 的 意義 是 「 煞車 輻射 」 。 你 可以 在 www.youtube .com/watch?v=3fe6rHnhkuY 找到 一些 用 動畫 摸擬 的 制動 X 射線 生成 過程 。 某些 醫療用 X 射線 機器 也 會 產生 不同 能量 的 光子 ， 但是 一般來說 ， 主要 的 效應 仍然 是 制動 （ 它 所 產生 的 是 連續 的 X 射線 光譜 ） 。 當 高能量 的 電子 繞 著 磁力線 做 螺旋 運動 時 ， 它們 速率 的 方向 不斷 在 改變 ， 所以 它們 也 會 以 X 射線 的 形式 輻射出 部分 能量 ； 我們 稱 這 為 「 同步 輻射 」 （ synchrotron radiation ） ， 但 它們 也 被 稱為 磁 的 制動 。 （ 這 就 是 蟹狀 星雲 〔 Crab Nebula 〕 裡面 所 發生 的 事 ， 請 參見 下面 的 說明 ） 。 當 高密度 的 物質 被 自然界 加熱到 非常 、 非常 高 的 溫度 （ 克氏 溫度 高達 數百萬 度 ） 時 ， 也 可 產生 X 射線 。 我們 稱 它 為 「 黑體 輻射 」 （ blackbody radiation ） （ 請 參見 第14 章 ） 。 只有 在 極端 的 情況 下 ， 例如 超 新星 爆炸 （ supernova explosion ， 即 某些 巨大 的 星體 邁向 死亡 時 的 壯觀 爆炸 過程 ） ， 或是 當 氣體 以 非常 高 的 速度 掉進 黑洞 或 中子星 時 （ 我 保證 會 在 第13 章 再 多 談 一些 這 類 事情 ！ ） ， 物體 才 會 這麼 熱 。 舉例 說 ， 太陽 表面 的 溫度 大約 是 克氏 六千 度 ， 它 有 將近 一半 的 能量 （ 46％ ） 是以 可見光 的 形式 發放出 。 其餘 大部分 是 紅外線 （ 49％ ） 與 紫外線 （ 5％ ） 輻射 。 但 這樣 的 溫度 還 不足以 發射出 X 射線 。 雖然 太陽 確實 也 會 發射出 某些 X 射線 ， 只 是 ， 這 部分 的 物理 機制 還 沒有 完全 被 了解 ， 而且 以 X 射線 發送 的 能量 只 大約 占 它 所 釋放 總能量 的 百萬分之一 。 你 自己 的 身體 也 會 發送 紅外線 輻射 （ 請 參見 第9 章 ） ； 但 由於 你 的 體溫 不 夠 高 ， 所以 你 無法 發射出 可見光 。 X 射線 最 有趣 — — 而且 有用 — — 的 特點 之 一 就 是 ， 某些 物質 （ 例如 骨頭 ） 會 比 其他 物質 （ 例如 肌肉 組織 ） 更 容易 吸收 X 射線 ， 這 也 解釋 了 為什麼 你 的 口腔 或 手部 的 X光片 會 有 明亮 與 陰暗 的 區域 。 如果 你 照 過 X光 ， 那麼 你 還 會 有 披上 鉛圍裙 的 經驗 ， 它 是 用來 保護 你 身體 的 其他 部分 ， 因為 照射到 X光 會 增加 你 罹患 癌症 的 風險 。 這 就 是 為什麼 我們 應該 很 慶幸 ， 我們 的 大氣層 是 很 棒 的 X 射線 吸收器 。 在 海平面 ， 大約 99％ 的 低能量 X 射線 （ 1 ke V ） 可以 被 一 公分 厚 的 空氣 吸收 。 至於 5 ke V 的 X 射線 ， 就 大約 需要 八十 公分 的 空氣 才 能 吸收掉 它 99％ 的 X 射線 。 最後 ， 25 keV 的 高能量 X 射線 ， 則 需要 八十 公尺 的 空氣 才 能 吸收掉 同樣 比例 的 X 射線 。 X 射線 天文學 的 誕生 現在 你 就 可以 理解 ， 為什麼 1959年 當 羅西 想要 去 偵測 來自 外太空 的 X 射線 時 ， 他 提議 使用 一 種 可以 衝到 大氣層 外 的 火箭 。 但是 他 關於 尋找 X 射線 的 想法 只 能 算是 突發 奇想 ， 當時 並 沒有 任何 理論 上 的 理由 ， 讓 我們 認為 會 有 從 太陽系 外射 來 的 X 射線 。 但 羅西 畢竟 就是 羅西 ， 他 說服 了 他 的 前 學生 阿尼斯 以及 阿尼斯 的 一 位 同事 賈科尼 ， 讓 他們 相信 這 個 想法 值得 一 試 。 賈科尼 和 他 的 拍檔 鮑利尼 （ Frank Paolini ） 發展出 專門 用來 偵測 X 射線 的 蓋格 計數器 ， 可以 裝 在 火箭 的 鼻頭 上 。 事實 上 他們 在 一 具 火箭 上 裝設 了 三 個 這樣 的 計數器 。 他們 把 這些 計數器 稱為 「 大 區域 偵測器 」 ， 但是 在 那 時候 ， 「 大 」 的 意思 就 是 跟 信用卡 一樣 大 。 這 兩 位 AS&E 研究 機構 的 人 ， 進一步 尋求 外部 資金 來 支持 這 項 實驗 ， 但是 NASA 並 未 通過 他們 的 申請案 。 於是 賈科尼 更改 他們 的 計畫 ， 把 月球 加進來 當成 研究 對象 ， 並 把 計畫 重新 寄到 空軍 劍橋 研究 實驗室