停滯40多年後,清華團隊利用微小衛星重啟天文軟X射線偏振探測

2020-12-01 投資快報

微小衛星立功了。

《自然·天文》雜誌封面

5月15日,《自然·天文》雜誌更新了封面,這一期的內容報導了清華大學主導的空間天文項目「極光計劃」的最新成果:

「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。

這一探測結果也標誌著,由於技術困難停滯了40多年的天文軟X射線偏振探測窗口重新開啟。同時,「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是中國領導的大型中歐合作項目,預計2027年發射。

X射線偏振是具有重要科學價值的獨特的天體物理探針,是研究黑洞、中子星等高能天體的強有力工具。1968年,美國科學家率先開展了天文X射線偏振探測,於1971年在一次探空火箭實驗中見到了成功的希望,並在1975年發射的OSO-8衛星上完成了第一次精確測量,這次測量發現了蟹狀星雲的X射線輻射具有高度線偏振,起源於同步輻射。

然而,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。

直到2001年,義大利科學家證實了一種新型粒子探測技術可用於高靈敏度X射線偏振測量。2009年,清華大學天文系教授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,並研製出了高靈敏度低系統誤差的X射線偏振儀。

新的探測技術和方法需要進行飛行驗證,為此,馮驊教授提出了「極光計劃」。實際上,作為一門觀測驅動的科學,天文學的發展在很大程度上依賴新的觀測方法和手段。尤其新的探測技術和方法,都需要進行飛行驗證。

以往的天文衛星對衛星平臺要求很高,一般都是上噸級的大衛星,研發成本高、周期長,很多科學家望而卻步,只能停留在理論驗證階段。

而「極光計劃」是利用天儀研究院自主研發的10公斤級微小衛星平臺在衛星軌道上直接驗證X射線偏振探測技術,這也為未來的空間天文探測開闢了一條快速低成本的路徑。

2018年10月29日,「極光計劃」探測器搭載天儀「銅川一號」衛星發射升空。2019年7月23日,蟹狀星雲脈衝星發生了一次自轉突變,其偏振信號的變化被「極光計劃」探測器捕捉。

載人航天工程應用系統總設計師顧逸東院士對此表示:「極光計劃採用商業化立方星成功測量了蟹狀星雲及脈衝星的偏振信號,獲得脈衝星的X射線偏振隨時間變化的重要成果,同時闖出了一條低成本開展空間天文研究的創新途徑,對推動高校空間科學發展有重要意義。」

事實上,這也是中國、甚至是世界的微小衛星界的一次重要突破:國內研發的微小衛星第一次登上國際頂級科研期刊。

天儀研究院創始人兼CEO楊峰表示,「 近年來微小衛星在中國興起,為新探測技術和方法的飛行驗證提供了更多低成本的可能性。而『極光計劃』的重大成果,直接證明了低成本微小衛星的在軌可靠性和穩定性。」

(作者:白楊 編輯:李清宇)

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