【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】近日，中國科學(xué)院空間新技術(shù)試驗衛(wèi)星SATech-01的首個正式發(fā)表的成果在線刊出。利用衛(wèi)星上搭載的EP-WXT探路者“龍蝦眼天文成像儀”萊婭( LEIA，圖1)的在軌測試首光，科學(xué)家成功獲得了一批天體的真實大視場X射線實測圖像和能譜。這是國際上首次獲得并公開發(fā)布的大視場X射線聚焦成像觀測結(jié)果。該成果標(biāo)志著我國率先掌握了X射線龍蝦眼聚焦成像技術(shù)，并實現(xiàn)了在軌實驗驗證。首批結(jié)果以《首次龍蝦眼聚焦望遠(yuǎn)鏡的大視場X射線在軌觀測》(First Wide Field-ofview X-Ray Observations by a Lobster-eye Focusing Telescope in Orbit)為題，發(fā)表在《天體物理學(xué)快報》(Astrophysical Journal Letter)上。
 

　　傳統(tǒng)的X射線聚焦望遠(yuǎn)鏡觀測視場很小，一般在1度以下。40多年前，國際上提出了微孔龍蝦眼成像的概念，可以實現(xiàn)大視場的X射線聚焦成像。盡管光子接收面積遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)的望遠(yuǎn)鏡，龍蝦眼望遠(yuǎn)鏡具有大觀測視場的優(yōu)勢，可以對一個大的天區(qū)范圍內(nèi)天體的活動同時進(jìn)行監(jiān)測，是X射線時域天文學(xué)追求的下一代設(shè)備。然而，由于研制困難，這一目標(biāo)長期未能實現(xiàn)。近二十年多來，國際上幾個空間科學(xué)機(jī)構(gòu)及實驗室均在開展微孔龍蝦眼技術(shù)的研發(fā)。以中科院國家天文臺張臣和凌志興為帶頭人的團(tuán)隊自2011年開展了關(guān)于這一技術(shù)的研發(fā)工作，通過自主創(chuàng)新，掌握了該技術(shù)的原理和應(yīng)用，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)。在國家自然科學(xué)基金和中科院天文聯(lián)合基金支持下，國家天文臺與北方夜視集團(tuán)有限公司合作，突破關(guān)鍵技術(shù)，研制出指標(biāo)國際領(lǐng)先的微孔龍蝦眼器件。在中科院空間科學(xué)先導(dǎo)專項的支持下，國家天文臺研制出龍蝦眼聚焦鏡，并由中科院上海技術(shù)物理研究所集成研制出完整的寬視場X射線望遠(yuǎn)鏡，作為中科院愛因斯坦探針(EP)衛(wèi)星WXT載荷的實驗?zāi)K之一。該設(shè)備的關(guān)鍵器件，包括龍蝦眼聚焦鏡和由大陣列CMOS傳感器組成的焦面探測器，均為我國自主研發(fā)。這也是我國科學(xué)家首次將創(chuàng)新性的CMOS應(yīng)用于空間X射線天文探測。
 

　　7月27日，該實驗?zāi)K(后命名為萊婭)搭載由中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院抓總研制的空間新技術(shù)試驗衛(wèi)星(SATech-01)發(fā)射升空。作為EP衛(wèi)星WXT探路者，萊婭的觀測視場可達(dá)340平方度(18.6度x18.6度)，是國際上首個寬視場X射線聚焦成像望遠(yuǎn)鏡，其視場大小比國際上傳統(tǒng)的聚焦望遠(yuǎn)鏡提高了至少100倍。
 

　　國家天文臺EP衛(wèi)星科學(xué)中心利用萊婭的在軌開機(jī)測試觀測，首次獲得了一批天體的大視場X射線實測圖像和能譜。圖2展示了萊婭的首光圖像——對銀河系中心天區(qū)單次觀測獲得的X射線圖像(左圖)和地面仿真圖像(右圖)。結(jié)果顯示，單次(約13分鐘)的觀測能夠同時探測到多個方向上的X射線源，包含黑洞和中子星X射線雙星。同時，科研人員從數(shù)據(jù)中可獲得這些天體X射線輻射強(qiáng)度隨時間變化的信息以及天體的X射線能譜。觀測結(jié)果與仿真結(jié)果高度一致。萊婭創(chuàng)新的、獨一無二的寬視場聚焦成像能力及其所驗證的龍蝦眼望遠(yuǎn)鏡的廣闊科學(xué)潛力，引起了國際同行關(guān)注。
 

　　在軌測試完成后，萊婭迄今已開展了三個多月的在軌定標(biāo)實驗和部分科學(xué)觀測，并開始取得初步科學(xué)成果。例如，萊婭發(fā)現(xiàn)了一例恒星的超級X射線耀發(fā)，并引導(dǎo)了NASA的SWIFT和NICER空間望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行跟蹤觀測；探測到迄今最亮的伽馬射線暴的余輝輻射；完成了1/2全天X射線天圖的測繪。未來，萊婭將開展常規(guī)科學(xué)觀測，預(yù)計每半年可獲取一次完整的全天X射線天圖，發(fā)現(xiàn)新的X射線暫現(xiàn)天體和爆發(fā)天體，并將開展引力波X射線對應(yīng)體的搜尋。
 

　　中科院空間新技術(shù)試驗衛(wèi)星(SATech-01)的目標(biāo)是通過快速發(fā)射驗證空間新材料、新器件、新技術(shù)，助力空間科技創(chuàng)新；孵化出具有重大科學(xué)意義、面向國家戰(zhàn)略需求的空間探測儀器和項目。衛(wèi)星平臺及載荷的經(jīng)費均為自籌。萊婭的這一成果也表明空間新技術(shù)試驗衛(wèi)星達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。
 

　　圖1.中科院空間新技術(shù)試驗衛(wèi)星(SATech-01)和搭載的萊婭龍蝦眼望遠(yuǎn)鏡，搭乘力箭1號火箭于7月27日在酒泉發(fā)射(圖片來源中科院)。

 

　　圖2.萊婭對銀河系中心天區(qū)單次觀測獲得的X射線圖像(左圖)和地面仿真圖像(右圖)，左右圖的觀測時長同為798s，能段為0.5-4 keV，視場18.6度x18.6度。(左圖中標(biāo)記為4U 1826-24的源是捕捉到的一個變亮的中子星X射線雙星)。