宇宙X射线源 所有的恒星包括太阳在内，都在不断地发射各种波长的电磁波， 不仅有可见光而且还有人类肉眼看不见的X射线、伽玛射线等。由于X射线很容易被地球的大气层吸收，要探测来自宇宙空间的X射线，就必须把探测器放入太空中。 二次世界大战结束后，美国缴获的德国V2火箭为美国研究宇宙X射线提供了可能。1949年由美国海军天文台弗里德曼（Herbert Friedman，1916-2000）（右图）领导的一个小组把盖革计数器放在V2火箭上发射升空，首次发现了来自太阳的X射线。但这样的仪器很难探测到来自更远恒星的X射线。  美国科学家贾科尼（Riccardo Giacconi, 1931-）（左图）1960年提出了建造X射线望远镜的可能性。1962年贾科尼的研究组发现了第一个太阳系外的X射线源，命名为天蝎座X-1。不久又发现了另外两个X射线源，其中一个被证实为是蟹状星云。蟹状星云辐射的X射线能量比太阳高出100亿倍。
由于火箭观测时间短，气球观测受升空高度限制只能测到能量较高的X射线，贾科尼在1963年建议用人造卫星进行X射线的巡天观测。1970年10月12日，贾科尼等设计的这样一颗人造卫星UHURU号升空（右图）。之后，又有9颗新的X射线人造卫星升空。到1972年，发现的X射线源迅速增加到339个，贾科尼等发表了大量的研究成果。 1978年，贾科尼领导研制的高能天体物理观测台2号HEAO-2（High Energy Astronomy Observatory-2）发射升空，后更名为"爱因斯坦X射线观测台"（Einstein Gallery）（左图），这是世界上第一个宇宙X射线探测器。它携带有角分辨率为2角秒的X射线望远镜，首次提供了精确的宇宙X射线图像，第一个探测到了太阳系以外的X射线源，第一个证实了宇宙中存在X射线辐射背景，第一个探测到了可能来自黑洞的X射线。在此基础上科学家获得了大量新发现。
1976年，贾科尼设计了一台新的X射线望远镜。由于经费问题它直到1999年才发射升空，升空后更名为"钱德拉X射线观测台"（Chandra X-ray Observatory）。它功能强大总耗资15亿美元，对探测星系、类星体和恒星以及寻找黑洞、暗物质的踪迹有着非常重要的意义。 贾科尼在“发现宇宙X射线源”方面取得的成就导致了X射线天文学的诞生，在光学波段之外又开辟了一个认识宇宙的窗口，使人们看到了一个布满X射线源的天空。贾科尼与在宇宙中微子探测方面作出杰出贡献的美国科学家戴维斯（Raymond Davis Jr., 1914-）以及日本科学家小柴昌俊（Masatoshi Koshiba, 1926-）共同分享了2002年度诺贝尔物理学奖[23]。
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X光管分为充气管和真空管两类。1895年 伦琴发现X射线时使用的是克鲁克斯发明的阴极射线管——即最早的充气X射线管，但因其功率小、寿命短、控制困难，应用不便。当时为了得到清晰的X光照片，甚至需要曝光一个小时以上。
1914年，英国物理学家莫塞莱（Henry Moseley,1887-1915）（左图）用布拉格X射线光谱仪研究不同元素的X射线，取得了重大成果。莫塞莱发现，以不同元素作为产生X射线的靶时，所产生的特征X射线的波长不同。他把各种元素按所产生的特征X射线的波长排列后，发现其次序与元素周期表中的次序一致，他称这个次序为原子序数，认为元素性质是其原子序数的周期函数。原子序数把各种元素基本上按原子量递增的顺序排列成一个系列，可是却比按原子量递增排列得到更合理的顺序。关于原子序数的发现被称为莫塞莱定律。
继承和发展了莫塞莱的研究，他改进了真空泵的设计，他设计的X射线管，可使曝光时间大大缩短，从而使他的测量精度大为提高。因此他能够对X射线谱系作出精确的分析。他测量波长的精确度比莫塞莱提高了1000倍。西格班的研究支持了玻尔等人把原子中电子按壳层排列的观点。他和他的同事还从各种元素的标识X辐射整理出系统的规律，对原子的电子壳层的能量和辐射条件建立了完整的知识，同时也为与之有关的现象作出量子理论解释建立了坚实的经验基础。西格班在他的《伦琴射线谱学》一书中对这方面的成果作了全面总结，成为一部经典的科学著作。西格班获得了1924年的诺贝尔物理学奖，成为继巴克拉之后，又一次因X射线学的贡献而获诺贝尔物理学奖的物理学家[5]。西格班的X射线谱仪测量精度非常之高，以至30年后还在许多方面得到应用。
凯.西格班（Kai Manne Borje Siegbahn，1918- ）（左图）一直从事核能谱的研究。20世纪50年代，他和同事们用双聚焦磁式能谱仪研究放射性能谱。当时，往往会因为回旋加速器的原因不得不停下来等待放射性样品。能否用一种更容易掌握的代用品来激发放射性辐射呢？凯.西格班设想用X射线管使材料发出光电子，然后再尽可能精确地测量其结合能。这种办法曾有人作过尝试，但灵敏度不高。凯.西格班将他在核能谱方面的经验用于外光电效应，并将高分辨率仪器用于实验，在这个领域获得了重大改进。他们将新研制的测量X射线光电子能量的双聚焦高分辨率电子能谱仪用于研究电子、光子或其它粒子轰击原子体系后发射出来的电子，系统地研究了各种元素的电子结合能。后来他们又将此项技术用于化学分析的电子能谱。凯.西格班开创了一种新的分析方法—X射线光电子能谱学XPS（X-ray Photoelectron Spectroscopy），或化学分析电子能谱学ESCA（Electron Spectroscopy for Chemical Analysis）。X射线光电子能谱学是化学上研究电子结构和高分子结构、链结构分析的有力工具，西格班开创的光电子能谱学为探测物质结构提供了非常精确的方法。
1916年，美籍荷兰物理学家、化学家德拜（Peter Joseph Wilhelm Debye，1884-1966）（左图）和瑞士物理学家谢乐（Paul Scherrer，1890-1969）发展了用X射线研究晶体结构的方法，采用粉末状的晶体代替较难制备的大块晶体。粉末状晶体样品经X射线照射后在照相底片上可得到同心圆环的衍射图样（德拜-谢乐环）（右图）,可用于鉴定样品的成分，测定晶体结构。
因当时正值第一次世界大战，信息交流受阻，1917年，美国科学家Hull也独立提出了这一方法。德拜因利用偶极矩、X射线和电子衍射法测定分子结构的成就而获1936年诺贝尔化学奖[7]。
美国物理学家康普顿（Arthur Holy Compton，1892～1962）在大学生时期就跟随其兄卡尔·康普顿开始X射线的研究。后来他到了卡文迪什实验室，主要从事g射线的实验研究。他用精湛的实验技术精确测定了γ射线的波长，并确定γ射线在散射后波长会变得更长。但他没能从理论上解释这个实验事实。他到了美国华盛顿大学后，用X射线进行实验，检验用γ射线做的散射实验结果。他发现，晶体反射的单色X射线也能激发同样的现象，还发现这种X辐射具有偏振性。经过多次精细实验，康普顿得到了明确的结论，散射的波长比入射的波长更长，波长的改变量只决定于散射角。（左图为康普顿在X射线光谱仪前工作）
