新京報訊（記者 樊朔）5月11日晚，《自然天文》雜誌正式發布了清華大學天文系教授馮驊課題組的論文，清華大學主導的空間天文項目「極光計劃」在觀測一年後首次發現了脈衝星自轉突變和恢復過程中X射線偏振信號的變化，這一探測結果標誌著，因技術困難停滯了40多年的天文軟X射線偏振探測窗口重新開啟。
研究成果將應用於我國下一代大科學工程
發布在《自然天文》雜誌的論文顯示，「極光計劃」配備的X射線偏振探測器在衛星上經過1年的觀測，探測到來自蟹狀星雲及脈衝星（中子星的一種）的軟X射線偏振信號，並首次發現了脈衝星自轉突變和恢復過程中X射線偏振信號的變化，說明在此過程中脈衝星磁場發生了變化。
「極光計劃」團隊成員對儀器進行封裝檢查。圖源：清華大學
主導這一項目的是清華大學天文系教授馮驊課題組。馮驊介紹，X射線偏振是研究黑洞、中子星等高能天體的有力工具。1968年，美國科學家率先開展了天文X射線偏振探測，並在1975年發射的OSO-8衛星上完成了第一次精確測量。但由於上一代技術的局限性，其探測效率和靈敏度低下，天文X射線偏振探測在這次實驗之後便陷入了停滯。
2009年，馮驊帶領團隊開始對X射線偏振探測技術進行探索和改進，在實驗室裡研製出了高靈敏度低系統誤差的X射線偏振儀。2018年10月29日，由清華大學牽頭研製的，配備了X射線偏振探測器的「極光計劃」探測器發射升空，經過1年的觀測，探測到來自蟹狀星雲的X射線偏振信號，並發現了有關脈衝星的新天體物理現象。
「天文學是一門觀測驅動的科學，其發展在很大程度上依賴新的觀測方法和手段。而新的觀測方法和手段被稱為天文觀測的新窗口。」馮驊介紹，「極光計劃」探測器是40多年來國際上第一個專門的空間天文軟X射線偏振探測器，宣告了這個天文探測窗口的重新開啟，而關於蟹狀星雲脈衝星自轉變化物理過程的意外發現，也說明了這個新窗口的重要性。
據了解，「極光計劃」所採取的技術將被應用到我國下一代大科學工程「增強型X射線時變與偏振天文臺(eXTP)」上。eXTP是由我國領導的大型中歐合作項目，預計將於2027年發射。
eXTP首席科學家、中科院高能所粒子天體物理中心主任張雙南介紹，極光計劃發展了最先進的X射線偏振測量技術，實現了歷史上僅有的第二次天體X射線偏振測量。不僅驗證了40多年前的第一次測量結果的正確性，而且還很有可能發現了一個極具科學價值的新現象。「極光計劃的成功表明，目前正在研製和計劃中的X射線偏振測量空間項目的科學潛力巨大，其結果也對未來新項目的科學目標確定和技術方案選擇提供了新的思路。」
探測器和衛星日常運行由學生負責
據了解，「極光計劃」團隊由馮驊及一名工程師，一名博士後和3-4名學生組成。衛星日常程序設計、控制程序設計、技術支持和數據處理等工作均需要這一團隊完成。
以團隊博士生龍翔云為例，在過去的一年多的時間裡，他負責為探測器編寫「日更」指令集，已經完成3000多次開關機指令。
清華大學天文系教授馮驊調試儀器。圖源：清華大學
「我每天都會為探測器提供『明日工作計劃』，通過衛星公司上傳至空間。以蟹狀星雲脈衝星的位置信息為基礎，結合衛星軌道信息，目標源、衛星和地球的相對位置，形成開關機、轉向等指令，保證探測器避開高通量高能粒子的損傷，星敏感器一直指向星空。」
馮驊介紹， 「極光計劃」探測器和衛星的日常運行均由學生負責，是學生培養的重要平臺。「極光計劃」搭載在天儀研究院的「銅川一號」立方星上，此星還裝載了一個學生項目——「天格計劃」的首個探測器。
馮驊認為，某些科學問題需要對一個科學目標進行長期的跟蹤與觀測，「極光計劃」使用的立方星恰好成為了大型天文項目的一種彌補手段。「極光計劃為我們的人才培養和交叉研究提供了很好的平臺。一個完整天文項目的經歷，能夠極大豐富同學們的學術訓練。」
新京報記者 樊朔 校對 陳荻雁