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中國科學(xué)家打造觀測宇宙的“龍蝦眼”

新華社北京9月28日電(記者喻菲、楊春雪)大自然讓龍蝦進(jìn)化出奇異的眼睛,繼而又啟發(fā)科學(xué)家設(shè)計出特殊的望遠(yuǎn)鏡,,讓人類能夠觀測宇宙中出沒無常,、轉(zhuǎn)瞬即逝的神秘現(xiàn)象,。

中科院國家天文臺近日介紹,,中國科學(xué)家研制的一臺龍蝦眼X射線望遠(yuǎn)鏡已成功獲得一批天體的X射線實測圖像和能譜,。這是國際上首次獲得并公開發(fā)布的寬視場X射線聚焦成像天圖,。

中國科學(xué)家打造觀測宇宙的“龍蝦眼”

科研人員在安裝龍蝦眼X射線望遠(yuǎn)鏡

負(fù)責(zé)這一項目的國家天文臺凌志興博士介紹,,該儀器搭載在中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院抓總研制的空間新技術(shù)試驗衛(wèi)星上,于7月27日發(fā)射升空,,是為計劃于2023年底發(fā)射的愛因斯坦探針衛(wèi)星開展多項在軌實驗和測試的“探路者”,。

專家介紹,,宇宙中的天體在X射線波段大多呈現(xiàn)復(fù)雜的亮度變化,,時隱時現(xiàn),。一些原本沒有X射線輻射的天體,,會突然產(chǎn)生X射線輻射,,例如正在吞噬恒星的黑洞,。

凌志興說,X射線光子能量非常高,,穿透性極強(qiáng),,很難像可見光一樣通過折射聚焦,需要一些特殊的手段,,例如模仿打水漂的方式讓X射線聚焦?!斑@就如同向水里扔一塊石頭,,石頭太重會沉入水底,,但如果以一個很小的角度把石頭丟出去,石頭可以在水面彈跳起來,。”

中國科學(xué)家打造觀測宇宙的“龍蝦眼”

科研人員在測試龍蝦眼X射線望遠(yuǎn)鏡

生物學(xué)家很早就發(fā)現(xiàn),,龍蝦的眼睛和其他動物不一樣,由許許多多方孔形狀的微型管道構(gòu)成,,管道壁光滑且指向同一球心,這樣的結(jié)構(gòu)使得各個方向的光線在小方孔內(nèi)反射匯聚到視網(wǎng)膜上。1979年,,美國科學(xué)家從中獲得靈感,提出模擬龍蝦眼制造望遠(yuǎn)鏡,讓X射線通過反射聚焦成像,。

但這一設(shè)想提出后,在很長時間內(nèi)都未能得以實現(xiàn),,直到微加工工藝提高后,,科學(xué)家才逐漸研制出微孔龍蝦眼鏡片,上面布滿只有發(fā)絲般粗細(xì)的小方孔,。

國家天文臺X射線成像實驗室自2010年起開始研發(fā)龍蝦眼X射線成像技術(shù),,經(jīng)過多年努力終于獲得突破。

凌志興說,,龍蝦眼望遠(yuǎn)鏡的最大好處就是可以實現(xiàn)大視場的X射線觀測,能高效監(jiān)測天體的X射線變化,,發(fā)現(xiàn)隨機(jī)發(fā)生的宇宙極端事件的可能性更大。

“之前用其他方法制造的X射線聚焦望遠(yuǎn)鏡的視場(即視野范圍)大概是地球上看月亮那么大的天區(qū),,而我們現(xiàn)在這個龍蝦眼望遠(yuǎn)鏡大約能夠覆蓋1000個月亮那么大的天區(qū),未來的愛因斯坦探針衛(wèi)星上將安裝12個這樣的望遠(yuǎn)鏡,,其視場可達(dá)到約1萬個月亮那么大,?!绷柚九d說。

中國科學(xué)家打造觀測宇宙的“龍蝦眼”

這是龍蝦眼X射線望遠(yuǎn)鏡獲得的銀河系中心天區(qū)圖像

他介紹,,此次發(fā)射的望遠(yuǎn)鏡上的微孔龍蝦眼鏡片以及CMOS(一種圖像感光元件)探測器均為中國自主研發(fā)。

“我們在國際上首次提出將CMOS探測器應(yīng)用于空間X射線天文觀測并首次獲得成功實施,。這是X射線天文探測技術(shù)上的一項重要創(chuàng)新,。”凌志興說。

該領(lǐng)域著名專家,、英國萊斯特大學(xué)保羅·布賴恩教授表示,,這項技術(shù)將對宇宙X射線監(jiān)測帶來變革性推動,,也顯示了愛因斯坦探針巨大的科學(xué)潛力,。

愛因斯坦探針首席科學(xué)家助理張臣博士說:“我們經(jīng)過十多年艱辛努力終于成功獲得龍蝦眼望遠(yuǎn)鏡的觀測成果,能夠為世界天文學(xué)研究貢獻(xiàn)先進(jìn)的設(shè)備,,我們都感到非常自豪,。”

他說,,愛因斯坦探針將對宇宙中的高能暫現(xiàn)天體開展系統(tǒng)性巡天監(jiān)測,;有望發(fā)現(xiàn)隱身的沉寂黑洞,并測繪宇宙黑洞的分布,,研究其形成演化和物質(zhì)吸積過程,;搜尋來自引力波事件的X射線信號并精確定位;還將觀測中子星,、白矮星,、超新星、宇宙早期伽馬暴等天體和現(xiàn)象,。

據(jù)介紹,,愛因斯坦探針計劃已吸引廣泛的國際關(guān)注,歐洲空間局,、德國馬普地外物理研究所以及法國航天局共同參與了這一計劃,。

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