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中國科學(xué)家打造觀測宇宙的“龍蝦眼”

2022-09-28 21:51:06 來源：新華社 A+A-

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(jì)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(shí)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。

科研人員在安裝龍蝦眼X射線望遠(yuǎn)鏡

負(fù)責(zé)這一項(xiàng)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(yàn)衛(wèi)星上,，于7月27日發(fā)射升空,，是為計(jì)劃于2023年底發(fā)射的愛因斯坦探針衛(wèi)星開展多項(xiàng)在軌實(shí)驗(yàn)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(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)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(shí)施,。這是X射線天文探測技術(shù)上的一項(xiàng)重要創(chuàng)新?！绷柚九d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(xiàng)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?yàn)槭澜缣煳膶W(xué)研究貢獻(xiàn)先進(jìn)的設(shè)備,，我們都感到非常自豪?！?/p>

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(jì)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(jì)劃。