十年,他们的目光紧盯星空深处

19 5月 by admin

十年,他们的目光紧盯星空深处

十年,他们的目光紧盯星空深处
光明日报记者 邓晖 通讯员 李婧  很多世界、无限星空,吸引着很多科学家为之不懈努力。  作为一门观测驱动的科学,地理学的展开在很大程度上依靠新的观测办法和手法。清华大学地理系教授冯骅研讨团队十年磨一剑,成功通过立方星发射并运转了近半个世纪以来榜首个专门的空间软X射线偏振勘探器。5月11日晚,该团队在《天然·地理》杂志发布最新研讨成果:其“极光方案”装备的X射线偏振勘探器在卫星上通过1年的观测,勘探到来自蟹状星云及脉冲星(中子星的一种)的软X射线偏振信号,并初次发现了脉冲星自转骤变和康复进程中X射线偏振信号的改动。  业界专家表明,这一勘探成果标志着因为技能困难阻滞了40多年的地理软X射线偏振勘探窗口从头敞开。  这种以“年”为单位的长时刻观测,将为人类的世界探究带来何种推动?背面又有着怎样的攻关故事?  X射线偏振勘探:看世界中的3D场景  勘探X射线偏振,咱们在测什么?  “偏振”和光的色彩(波长)都是电磁波的根本特点之一。戴上偏振眼镜看3D电影,便是日子中常见的偏振原理运用。  “X射线也是电磁波的一种。咱们期望在X射线波段看世界的3D场景——并不是像影院相同看到3D图画,但确实是一个新的勘探维度。”冯骅解说,“黑洞、中子星这类十分极点的天体尽管光学辐射很弱,却是很激烈的X射线辐射体。因为X射线波长十分短,不存在像可见光偏振片那样适宜的滤镜,X射线偏振的丈量变得极端困难。但运用X射线偏振丈量,咱们可以取得高能辐射区域磁场方位、天体的几许对称性,然后进一步了解与黑洞、中子星等密切相关的地理现象的物理进程发作机制,对高能天体物理而言含义严峻。”  正是因为如此重要的科学价值,早在1968年,美国科学家就首先展开了地理X射线偏振勘探,并在1971年发射的探空火箭上完结了247秒的曝光,榜首次发现蟹状星云的X射线辐射或许具有高度线偏振,并在1975年上天的OSO-8卫星上完结了初次准确丈量。  但是,40多年过去了,科学家们不断证明X射线偏振的用途,预言勘探偏振对天体物理的科学价值,却再也没有第二个X射线偏振勘探设备在空间运转。勘探灵敏度缺乏,被认为是X射线偏振技能的首要瓶颈之一。  技能起色出现在2001年。跟着核勘探技能的展开,意大利科学家证明了一种新式粒子勘探技能可用于高灵敏度X射线偏振丈量。这为X射线偏振丈量带来了“一种近乎抱负的勘探技能”。  2009年,回到清华大学任教不久的冯骅开端带领团队,在国际合作基础上,对X射线偏振勘探技能进行探究和改善。  一个“小火柴盒”攻关两年:做出长寿数、高功能勘探器  这是一次以“年”为单位的观测,更是一次以“年”为单位的攻关。  从研讨初期,冯骅就拟定了清晰的勘探方案:X射线通过铍窗进入勘探器,与勘探气体发作光电效应发生光电子,丈量运动的光电子穿过气体留下的二维径迹,然后推断出入射X射线的偏振信息。  而在试验室研讨阶段,“做出可以满意空间运用需求的长寿数、高功能”的勘探器至关重要。冯骅向记者展现了这种新式X射线偏振勘探器的外形,一个火柴盒巨细,其间传感器面积只相当于一枚硬币。  便是这“方寸之地”,不时应战着科学家们的才智——单是勘探气体密封在“火柴盒”内,完结长时刻安稳的作业功能,就花了团队整整两年时刻:“试验初期做出的勘探器,总是短时刻内就被烧坏——核心部件气体电子倍增器(GEM)因高压放电被击穿。”  通过重复测验研讨,团队发现了气体纯度这一“元凶巨恶”。“因为勘探器是一个密闭环境,当纯洁的勘探气体充入后,勘探器结构资料外表吸附的杂质气领会渐渐开释,使得勘探气体纯度下降,然后引起功能衰减,严峻时就会‘焚毁’勘探器。”冯骅解说。  而对“闭气型气体勘探器的封装技能”的冲击,是一个完全的学科穿插工程。超高真空技能方面,团队讨教过我国计量科学研讨院和校内凝聚态物理方面的专家;结构资料方面,参阅航空航天资料规范,一再测验比照,筛选出满意结构强度的、极低出气率的资料;勘探器封装环境方面有距离,则建立超净室、进行烘烤除气,想方设法下降杂质成分;还找到专属研讨院进行气体提纯作业,将气体纯度从市面上常见的99.9%进步至99.999%……  至此,团队迈出重要一步:制品勘探器完结了长寿数的要求,从开始只有约30分钟的作业寿数,到封好之后5~10年功能都不会改动。  2017年,团队高灵敏度、低系统误差的X射线偏振勘探器在试验室研发成功,并通过了一系列空间环境模拟试验的查验。  偶然的是,同年,商业航天在我国鼓起,为新勘探技能和办法的飞翔验证供给了更多或许性。由清华大学牵头研发的空间试验“极光方案”应运而生、发展敏捷——2017年国庆节前,榜首版别的空间载荷研发完结;一年的严重调试和标定后,2018年10月29日,“极光方案”勘探器搭载在天仪研讨院的“铜川一号”立方星上成功发射到近地轨道上;2018年11月6日,勘探器加电自检成功,并于12月18日敞开高压投入运转,敞开了“太空勘探之旅”。  不断“超纲”攻关:勘探器和卫星日常运转由学生担任  十年磨一剑的背面,是一支小而精的科研团队。  现在,“极光方案”团队也不过冯骅这位带头人、一名工程师、一名博士后和三四名学生。而关于他们而言,这十年,也是一次不断“超纲”的科研攻关。  来自清华物理系的龙翔云,大二就加入了冯骅参加辅导的学生项目“天格方案”,活跃建造伽马暴勘探网络。一年多来,他为勘探器完结了3000屡次开关机指令:“我每天都会为勘探器供给‘明日作业方案’,通过卫星公司上传至空间。确保勘探器避开高通量高能粒子的损害,星灵敏器一向指向星空。”  卫星日常运转规划,超出了团队专业规模;操控程序规划,关于龙翔云来说也属跨界。“为了最大化观测功率,咱们决议自主规划运转程序。”尽管笑言Python写起来比较流通,但修补Bug也在前期耗费了不少功夫。龙翔云说:“现在程序现已完结高度自动化,每天只需5分钟即可完结。”  2019年3月,勘探器进入惯例观测,盯准了蟹状星云脉冲星。同年7月23日,蟹状星云脉冲星的自转骤变被X射线偏振勘探器捕捉。“咱们观测到,通过几十天,脉冲星的偏振信号又渐渐康复,这一新的发现有助于了解脉冲星、也便是中子星的内部结构。”这个观测成果让冯骅和团队成员兴奋不已。  但数据的处理和解说也颇费功夫。“在偏振核算之外,咱们还需折叠出蟹状星云的脉冲相位,把一切观测数据按脉冲周期叠加后得出结论。”叠加进程中的时刻纠正又一次“超纲”,团队专门向高能所研讨员讨教,通过4周程序规划,完结时刻纠正作业。  在冯骅看来,某些科学问题需要对一个科学方针进行长时刻的盯梢与观测,“极光方案”运用的立方星刚好成了大型地理项目的一种补偿手法,更重要的是,“‘极光方案’还为人才培养和穿插研讨供给了很好的渠道,杂乱的大科学工程中,每个人做的东西都是细分的。像咱们这样一个完好的地理项目阅历,学生可以在科学证明、仪器测验和建造、发射后的运转等方面都参加进去,可以极大丰富同学们的学术练习。”冯骅说。

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