宇航局新的輕型X射線鏡可以在太空中進行試驗

最近的測試表明，由通常用于制造計算機芯片的材料制成的超薄輕質(zhì)X射線鏡可以滿足下一代X射線天文臺的嚴格成像要求。

因此，Will Zhang及其團隊在位于馬里蘭州格林貝爾特的宇航局戈達德太空飛行中心開發(fā)的X射線反射鏡技術(shù)已成為概念性天蝎座X射線天文臺的設(shè)計參考任務(wù)的基礎(chǔ) - 四個潛力之一根據(jù)2020年天體物理學(xué)十年調(diào)查，科學(xué)家們已經(jīng)審查過的任務(wù)是值得追求的。

如果選擇并最終在20世紀30年代推出，Lynx可以攜帶數(shù)以萬計的張鏡像片段，這將提供超過宇航局旗艦錢德拉X射線天文臺和歐洲航天局高級望遠鏡的靈敏度兩個數(shù)量級的飛躍。高能天體物理學(xué)，或雅典娜。錢德拉本身在1999年發(fā)射時提供了顯著的飛躍能力。它可以觀察到X射線源 - 爆炸的恒星，星系團和黑洞周圍的物質(zhì)比以前的X射線望遠鏡觀察到的暗暈-100倍。

在另一項發(fā)展中，張和他的團隊在2021年的一次探空火箭任務(wù)中獲得了近期飛行機會。這將代表該技術(shù)在太空的首次演示。

七年的發(fā)展努力

開發(fā)新光學(xué)器件的努力始于七年前，當時張開始嘗試單晶 - 一種以前從未用于制造X射線反射鏡的單晶硅。這些特制的光學(xué)元件必須彎曲并嵌套在圓柱形容器內(nèi)，這樣高能X射線光子會擦過它們的表面并偏轉(zhuǎn)到天文臺的儀器而不是穿過它們。

他的目標 - 考慮到建造空間天文臺的成本，只是隨著它們變得越來越大而價格越來越高 - 是開發(fā)易于再現(xiàn)的，輕質(zhì)的，超薄的鏡子，而不會犧牲質(zhì)量。

“我們所做的就是從科學(xué)的角度出發(fā)，經(jīng)驗證明這些光學(xué)器件可以使用廉價的，大量可用的材料制造，這種材料不受可能改變玻璃制成的X射線鏡形狀的內(nèi)部應(yīng)力的影響。張說，更傳統(tǒng)的鏡子制作材料。

由宇航局委托的40位專家小組進行的評估認為，由脆弱，高度穩(wěn)定的硅材料制成的張氏光學(xué)系統(tǒng)能夠像在錢德拉上飛行的四對較大和較重的鏡子一樣具有相同的圖像質(zhì)量。該小組還認為其他兩項技術(shù) - 全殼鏡和可調(diào)光學(xué)器件 - 能夠滿足概念性Lynx天文臺的要求。

張的鏡子不僅可以提供0.5弧秒的分辨率 - 與超高清電視提供的圖像質(zhì)量相當 - 他們也滿足了張的低質(zhì)量要求。張說，它們比錢德拉的重量輕50倍。這意味著未來的天文臺可以攜帶更多的鏡子，創(chuàng)造一個更大的收集區(qū)域，用于阻擋宇宙中高能現(xiàn)象發(fā)出的X射線。

現(xiàn)在困難的部分開始了

但是張說，他和他的團隊仍然“離我們的光學(xué)領(lǐng)域還遠遠不夠。”

他和他的工程團隊現(xiàn)在必須弄清楚如何將這些脆弱的鏡子段粘合在罐內(nèi)，這樣可以在火箭發(fā)射期間保護整個鏡子組件并保持它們的嵌套對齊。

“我們有很多工作要做，而且沒有太多時間去做，”張說。“這現(xiàn)在是一項工程挑戰(zhàn)。”

他補充說，時間至關(guān)重要。僅僅兩年后，張的團隊必須向賓夕法尼亞州立大學(xué)賓夕法尼亞州立大學(xué)教授Randall McEntaffer提供一個288段的鏡子組件，他正在開發(fā)一種名為“飛機外光柵火箭實驗”的探測火箭任務(wù)，或者是OGRE。從2021年的Wallops飛行設(shè)施發(fā)射。除鏡子外，OGRE還將配備大學(xué)開發(fā)的光譜儀，配備下一代X射線衍射光柵，用于將X射線光分成其分量顏色或波長，以顯示物體的溫度，化學(xué)成分和其他物理性質(zhì)。

張補充說，OGRE將為推進鏡子裝配做很多事情。該任務(wù)將有助于確定該團隊的設(shè)計是否能夠保護脆弱的鏡子巢免受升空過程中經(jīng)歷的極端發(fā)射力以及通過地球大氣層的上升。

其他可用機會

張設(shè)想團隊光學(xué)的光明前景。張說，即使天蝎座在2020年十年調(diào)查中沒有被選中用于開發(fā)，其他提議的任務(wù)也會受益。其中包括一些X射線天文臺，現(xiàn)在被調(diào)查為潛在的天體物理學(xué)探測級任務(wù)，另一個正在被人考慮。

“五年前，人們說無法做到，但我們證明了我們的想法，”張說。“我的團隊非常感謝戈達德的內(nèi)部研究與發(fā)展計劃，為我們提供種子資金。如果沒有它，我們就無法做到這一點。