xii
Contents
2 Observations of Radio and X-ray Pulsars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.1 A Brief History of Radio Astronomy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.2 Principles of Radio Telescopes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.2.1 Composition of Radio Telescope System . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.2.2 Two-Element Radio Interferometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.2.3 Synthetic Aperture Radio Telescopes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.3 Modern Large Radio Telescopes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.4 Investigations into Radio Pulsars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.4.1 Discovery of the First Binary Pulsar System . . . . . . . . . . . . . 54
2.4.2 Discovery of the First Millisecond Pulsar . . . . . . . . . . . . . . . . 56
2.4.3 Acceleration Mechanism and Application
of Millisecond Pulsars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
2.5 X-ray and Its Physical Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
2.6 Mechanism of X-ray Detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
2.6.1 Photoelectric Effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
2.6.2 Compton Scattering Effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
2.6.3 Electron–Positron Pair Effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
2.7 Classification of X-ray Detectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
2.7.1 Typical X-ray Detectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
2.7.2 Positioning and Imaging Technologies of X-rays . . . . . . . . . 71
2.8 Development of X-ray Astronomy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
2.8.1 Opening X-ray Astronomical Observations . . . . . . . . . . . . . . 74
2.8.2 Röntgen Satellite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
2.8.3 Advanced Satellite for Cosmology and Astrophysics . . . . . . 79
2.8.4 Rossi X-ray Timing Explorer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
2.8.5 Chandra X-ray Observatory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
2.8.6 X-ray Multi-Mirror Mission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
2.9 Observability of X-ray Pulsars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
2.9.1 Early X-ray Detections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
2.9.2 Flux Analysis of X-ray Pulsars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
3 A Brief History of Space Flight . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
3.1 Concepts of Space Flights . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
3.2 Ideas and Technologies of Ancient Space Flights . . . . . . . . . . . . . . . . 90
3.2.1 Flying Myths, Legends and Fantasies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
3.2.2 Development of Gunpowder and Rocket Technology . . . . . . 93
3.2.3 Wan Hu Flying to Sky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
3.2.4 Historical Context of Space Science Development . . . . . . . . 101
3.2.5 Rise of Space Science Fictions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
3.3 Four Founders of Modern Rocketry and Astronautics . . . . . . . . . . . . 107
3.3.1 Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
3.3.2 Robert Albert Charles Esnault-Pelterie . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
3.3.3 Robert Hutchings Goddard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
3.3.4 Hermann Julius Oberth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
Contents
2 Observations of Radio and X-ray Pulsars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.1 A Brief History of Radio Astronomy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.2 Principles of Radio Telescopes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.2.1 Composition of Radio Telescope System . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.2.2 Two-Element Radio Interferometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.2.3 Synthetic Aperture Radio Telescopes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.3 Modern Large Radio Telescopes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.4 Investigations into Radio Pulsars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.4.1 Discovery of the First Binary Pulsar System . . . . . . . . . . . . . 54
2.4.2 Discovery of the First Millisecond Pulsar . . . . . . . . . . . . . . . . 56
2.4.3 Acceleration Mechanism and Application
of Millisecond Pulsars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
2.5 X-ray and Its Physical Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
2.6 Mechanism of X-ray Detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
2.6.1 Photoelectric Effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
2.6.2 Compton Scattering Effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
2.6.3 Electron–Positron Pair Effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
2.7 Classification of X-ray Detectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
2.7.1 Typical X-ray Detectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
2.7.2 Positioning and Imaging Technologies of X-rays . . . . . . . . . 71
2.8 Development of X-ray Astronomy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
2.8.1 Opening X-ray Astronomical Observations . . . . . . . . . . . . . . 74
2.8.2 Röntgen Satellite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
2.8.3 Advanced Satellite for Cosmology and Astrophysics . . . . . . 79
2.8.4 Rossi X-ray Timing Explorer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
2.8.5 Chandra X-ray Observatory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
2.8.6 X-ray Multi-Mirror Mission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
2.9 Observability of X-ray Pulsars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
2.9.1 Early X-ray Detections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
2.9.2 Flux Analysis of X-ray Pulsars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
3 A Brief History of Space Flight . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
3.1 Concepts of Space Flights . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
3.2 Ideas and Technologies of Ancient Space Flights . . . . . . . . . . . . . . . . 90
3.2.1 Flying Myths, Legends and Fantasies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
3.2.2 Development of Gunpowder and Rocket Technology . . . . . . 93
3.2.3 Wan Hu Flying to Sky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
3.2.4 Historical Context of Space Science Development . . . . . . . . 101
3.2.5 Rise of Space Science Fictions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
3.3 Four Founders of Modern Rocketry and Astronautics . . . . . . . . . . . . 107
3.3.1 Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
3.3.2 Robert Albert Charles Esnault-Pelterie . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
3.3.3 Robert Hutchings Goddard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
3.3.4 Hermann Julius Oberth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120