清華工物系及天體物理中心研發(fā)的立方星X射線偏振探測(cè)器成功在軌運(yùn)行

清華新聞網(wǎng)12月25日電  2018年10月29日，裝載著“極光計(jì)劃”的立方星在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射入軌；11月6日，探測(cè)器首次加電并自檢成功；12月18日，第一次開(kāi)啟高壓進(jìn)入運(yùn)行模式，成功探測(cè)到了空間X射線和帶電粒子觸發(fā)的徑跡，說(shuō)明探測(cè)器工作狀態(tài)正常，驗(yàn)證了新一代偏振探測(cè)技術(shù)應(yīng)用到空間天文中的可行性。

“極光計(jì)劃”是由清華大學(xué)牽頭研制的空間天文X射線偏振探測(cè)實(shí)驗(yàn)，采用了新一代的核探測(cè)技術(shù)，試圖打開(kāi)天文X射線偏振觀測(cè)這一封閉了40年的窗口。“極光計(jì)劃”后續(xù)將開(kāi)展進(jìn)一步的測(cè)試和觀測(cè)任務(wù)。

“極光計(jì)劃”立方星和探測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖（左）與實(shí)物照片（右）

X射線是波長(zhǎng)極短的電磁波，由于受大氣阻擋，無(wú)法在地面進(jìn)行天文觀測(cè)，所以X射線天文直到1962年才邁出了第一步。跟所有電磁波一樣，X射線也具有偏振，而且偏振會(huì)攜帶天體的磁場(chǎng)和幾何信息。僅僅6年之后，因?yàn)橐庾R(shí)到千電子伏特能區(qū)偏振測(cè)量的科學(xué)價(jià)值，美國(guó)科學(xué)家就開(kāi)始了X射線偏振探測(cè)的嘗試。1971年，一次探空火箭實(shí)驗(yàn)獲得了可能的正面結(jié)果；1975年，裝載在OSO-8衛(wèi)星上的X射線偏振儀終于實(shí)現(xiàn)了第一次成功測(cè)量，結(jié)果說(shuō)明蟹狀星云的X射線輻射具有高度線偏振，起源于同步輻射。但是，由于上一代的技術(shù)（基于布拉格衍射）探測(cè)效率和靈敏度低下，對(duì)其他天體沒(méi)有得到任何正面的測(cè)量結(jié)果。

2001年，隨著核探測(cè)技術(shù)發(fā)展，具有高靈敏度的新一代X射線偏振探測(cè)方法（基于光電效應(yīng)）在實(shí)驗(yàn)室獲得成功。2008年，清華大學(xué)工物系及天體物理中心的馮驊教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開(kāi)始對(duì)X射線偏振探測(cè)技術(shù)進(jìn)行探索和改進(jìn)，經(jīng)過(guò)近10年的努力，在實(shí)驗(yàn)室里研制出了高靈敏度低系統(tǒng)誤差的X射線偏振儀。因?yàn)榭臻g天文需要高可靠性，而新方法包含了之前尚未上天飛行過(guò)的若干技術(shù)，因此馮驊提出了“極光計(jì)劃”，希望利用一種微納衛(wèi)星平臺(tái)即“立方星”對(duì)此類(lèi)技術(shù)進(jìn)行真正的飛行驗(yàn)證。“極光計(jì)劃”的目標(biāo)是在衛(wèi)星軌道上直接驗(yàn)證X射線偏振探測(cè)技術(shù)，從而提高技術(shù)成熟度，為我國(guó)未來(lái)的空間天文所用。目前，中國(guó)領(lǐng)導(dǎo)的大型中歐合作項(xiàng)目“增強(qiáng)型X射線時(shí)變和偏振探測(cè)衛(wèi)星 (eXTP)”正處在立項(xiàng)準(zhǔn)備中。清華大學(xué)是eXTP的主要合作單位之一。“極光計(jì)劃”探測(cè)器將直接用于eXTP的偏振測(cè)量。

“極光計(jì)劃”的合作單位還包括中科院高能物理研究所、意大利國(guó)家核物理研究所比薩分所 (INFN-Pisa)、寧波工程學(xué)院、北方夜視和長(zhǎng)沙天儀研究院等單位。

“極光計(jì)劃”的立方星同時(shí)裝載了清華大學(xué)學(xué)生項(xiàng)目“天格計(jì)劃”的首個(gè)探測(cè)器。

供稿：工物系  編輯：華山 審核：襄楠