停滞40多年后,清华团队利用微小卫星重启天文软X射线偏振探测

21世纪经济报道 21财经APP 2020-05-16 11:39

微小卫星立功了。

5月15日,《自然·天文》杂志更新了封面,这一期的内容报道了清华大学主导的空间天文项目“极光计划”的最新成果:

“极光计划”配备的X射线偏振探测器在卫星上经过1年的观测,探测到来自蟹状星云及脉冲星(中子星的一种)的软X射线偏振信号,并首次发现了脉冲星自转突变和恢复过程中X射线偏振信号的变化,说明在此过程中脉冲星磁场发生了变化。

这一探测结果也标志着,由于技术困难停滞了40多年的天文软X射线偏振探测窗口重新开启。同时,“极光计划”所采取的技术将被应用到我国下一代大科学工程“增强型X射线时变与偏振天文台(eXTP)”上。eXTP是中国领导的大型中欧合作项目,预计2027年发射。

X射线偏振是具有重要科学价值的独特的天体物理探针,是研究黑洞、中子星等高能天体的强有力工具。1968年,美国科学家率先开展了天文X射线偏振探测,于1971年在一次探空火箭实验中见到了成功的希望,并在1975年发射的OSO-8卫星上完成了第一次精确测量,这次测量发现了蟹状星云的X射线辐射具有高度线偏振,起源于同步辐射。

然而,由于上一代技术的局限性,其探测效率和灵敏度低下,天文X射线偏振探测在这次实验之后便陷入了停滞。

直到2001年,意大利科学家证实了一种新型粒子探测技术可用于高灵敏度X射线偏振测量。2009年,清华大学天文系教授冯骅带领团队开始对X射线偏振探测技术进行探索和改进,并研制出了高灵敏度低系统误差的X射线偏振仪。

新的探测技术和方法需要进行飞行验证,为此,冯骅教授提出了“极光计划”。实际上,作为一门观测驱动的科学,天文学的发展在很大程度上依赖新的观测方法和手段。尤其新的探测技术和方法,都需要进行飞行验证。

以往的天文卫星对卫星平台要求很高,一般都是上吨级的大卫星,研发成本高、周期长,很多科学家望而却步,只能停留在理论验证阶段。

而“极光计划”是利用天仪研究院自主研发的10公斤级微小卫星平台在卫星轨道上直接验证X射线偏振探测技术,这也为未来的空间天文探测开辟了一条快速低成本的路径。

2018年10月29日,“极光计划”探测器搭载天仪“铜川一号”卫星发射升空。2019年7月23日,蟹状星云脉冲星发生了一次自转突变,其偏振信号的变化被“极光计划”探测器捕捉。

载人航天工程应用系统总设计师顾逸东院士对此表示:“极光计划采用商业化立方星成功测量了蟹状星云及脉冲星的偏振信号,获得脉冲星的X射线偏振随时间变化的重要成果,同时闯出了一条低成本开展空间天文研究的创新途径,对推动高校空间科学发展有重要意义。”

事实上,这也是中国、甚至是世界的微小卫星界的一次重要突破:国内研发的微小卫星第一次登上国际顶级科研期刊。

天仪研究院创始人兼CEO杨峰表示,“ 近年来微小卫星在中国兴起,为新探测技术和方法的飞行验证提供了更多低成本的可能性。而‘极光计划’的重大成果,直接证明了低成本微小卫星的在轨可靠性和稳定性。”


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