【儀表網 儀表研發】近日，中國科學院空間新技術試驗衛星SATech-01的首個正式發表的成果在線刊出。利用衛星上搭載的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布的大視場X射線聚焦成像觀測結果。該成果標志著我國率先掌握了X射線龍蝦眼聚焦成像技術，并實現了在軌實驗驗證。首批結果以《首次龍蝦眼聚焦望遠鏡的大視場X射線在軌觀測》(First Wide Field-ofview X-Ray Observations by a Lobster-eye Focusing Telescope in Orbit)為題，發表在《天體物理學快報》(Astrophysical Journal Letter)上。
傳統的X射線聚焦望遠鏡觀測視場很小，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，可以實現大視場的X射線聚焦成像。盡管光子接收面積遠小于傳統的望遠鏡，龍蝦眼望遠鏡具有大觀測視場的優勢，可以對一個大的天區范圍內天體的活動同時進行監測，是X射線時域天文學追求的下一代設備。然而，由于研制困難，這一目標長期未能實現。近二十年多來，國際上幾個空間科學機構及實驗室均在開展微孔龍蝦眼技術的研發。以中科院國家天文臺張臣和凌志興為帶頭人的團隊自2011年開展了關于這一技術的研發工作，通過自主創新，掌握了該技術的原理和應用，具有完全自主知識產權。在國家自然科學基金和中科院天文聯合基金支持下，國家天文臺與北方夜視集團有限公司合作，突破關鍵技術，研制出指標國際領先的微孔龍蝦眼器件。在中科院空間科學先導專項的支持下，國家天文臺研制出龍蝦眼聚焦鏡，并由中科院上海技術物理研究所集成研制出完整的寬視場X射線望遠鏡，作為中科院愛因斯坦探針(EP)衛星WXT載荷的實驗模塊之一。該設備的關鍵器件，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。這也是我國科學家首次將創新性的CMOS應用于空間X射線天文探測。
7月27日，該實驗模塊(后命名為萊婭)搭載由中科院微小衛星創新研究院抓總研制的空間新技術試驗衛星(SATech-01)發射升空。作為EP衛星WXT探路者，萊婭的觀測視場可達340平方度(18.6度x18.6度)，是國際上首個寬視場X射線聚焦成像望遠鏡，其視場大小比國際上傳統的聚焦望遠鏡提高了至少100倍。
國家天文臺EP衛星科學中心利用萊婭的在軌開機測試觀測，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——對銀河系中心天區單次觀測獲得的X射線圖像(左圖)和地面仿真圖像(右圖)。結果顯示，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，科研人員從數據中可獲得這些天體X射線輻射強度隨時間變化的信息以及天體的X射線能譜。觀測結果與仿真結果高度一致。萊婭創新的、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鏡的廣闊科學潛力，引起了國際同行關注。
在軌測試完成后，萊婭迄今已開展了三個多月的在軌定標實驗和部分科學觀測，并開始取得初步科學成果。例如，萊婭發現了一例恒星的超級X射線耀發，并引導了NASA的SWIFT和NICER空間望遠鏡進行跟蹤觀測；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，萊婭將開展常規科學觀測，預計每半年可獲取一次完整的全天X射線天圖，發現新的X射線暫現天體和爆發天體，并將開展引力波X射線對應體的搜尋。
中科院空間新技術試驗衛星(SATech-01)的目標是通過快速發射驗證空間新材料、新器件、新技術，助力空間科技創新；孵化出具有重大科學意義、面向國家戰略需求的空間探測儀器和項目。衛星平臺及載荷的經費均為自籌。萊婭的這一成果也表明空間新技術試驗衛星達到了預期目標。
圖1.中科院空間新技術試驗衛星(SATech-01)和搭載的萊婭龍蝦眼望遠鏡，搭乘力箭1號火箭于7月27日在酒泉發射(圖片來源中科院)。
圖2.萊婭對銀河系中心天區單次觀測獲得的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)。
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