X射线观测的黄金时代即将到来

<正>在硬X射线调制望远镜即将升空之际,本刊采访了领导着我国空间高能观测的张双南研究员,来听听调制望远镜研制中的故事、他对调制望远镜的期待以及对未来中国空间天文观测的展望。科学世界:很高兴硬X射线调制望远镜即将发射,作为我国第一颗空间X射线天文观测卫星,在研制过程中遇到过什么难题吗?张双南:主要是作为科学卫星,上面所用的仪器全部需要自主研发。虽然有些元器件和材料能从国外采购,但也得要按照我们的设计需求来组装,以满足在空间     

爱因斯坦探针:探索变幻多姿的X射线宇宙

爱因斯坦探针(Einstein Probe,EP)是一颗面向时域天文学的、发现型的X射线天文探测卫星,是中国科学院空间科学战略性先导专项十三五规划的空间科学卫星系列任务之一.展望未来十年,时域天文学将进入一个前所未有的、多波段和多信使的大视场监测的黄金时代.在软X射线窗口,灵敏且快速的全天监测为我们提供了一个难得的科学机遇.EP卫星将在这一能段窗口开展时域巡天监测,旨在发现和探索宇宙中的X射线暂现源和爆发天体,并发布预警以引导其他天文设备进行后随跟踪观测.EP的科学载荷包括一台宽视场软X射线监视器(3600平方度,0.5–4 keV)和一台后随观测X射线望远镜(0.3–8 keV).卫星具有快速机动反应能力以及暂现源警报的快速下传功能.由于采用了新颖的微孔龙虾眼X射线聚焦成像技术,其探测灵敏度和空间分辨率比目前在轨运行设备提高了1个数量级,将能监测更远、更大的宇宙空间范围.预期EP将在以下三方面做出贡献:高能暂现天体的系统性巡天监测,发现隐身的沉寂黑洞并测绘宇宙黑洞的分布、研究其形成演化和物质吸积过程,搜寻来自引力波事件的X射线信号并精确定位等.此外,EP的探测目标还将包括从中子星、白矮星、超新星、宇宙早期伽玛暴、X射线闪到恒星耀发等众多的天体和现象,涉及广泛的天体物理学分支.卫星计划于2022年底左右发射.运行寿命为3年,目标5年.     

太阳空间探测的过去与未来

在简要回顾国际太阳空间探测历史的基础上,结合我国太阳空间探测的现状,重点阐述了我国天文界近年来开展太阳空间探测规划研究情况,并就未来发展,简要介绍了规划中拟开展的深空太阳天文台、先进天基太阳天文台、空间甚低频观测阵、立体观测太阳磁场、高分辨太阳X射线成像望远镜、以及空间站候选项目—高灵敏度太阳高能辐射探测等计划.     

媒体纵览

<正>中国科学报我国将造三颗新型海洋卫星2015年,我国将启动研制3颗新型海洋卫星,分别是"海洋一号C/D"卫星和新一代海洋水色观测卫星。据悉,"海洋一号C/D"卫星能连续获取全球海洋水色水温资料,我国及全球重点区域近海和海岸带环境变化数据及海上浮标、船只信息等,可为海洋环境预报、灾害预警及科学研究提供服务。新一代海洋水色观测卫星可提高我国海洋水色观测卫星空间分辨率、光谱分辨率,提升探测精度,拓展探测谱段,实现全球快速覆盖的海洋水色观测能力。(来源:《中国科学报》2014年12月30日)     

高美古2.4m望远镜的测光标准研究

利用31颗Landolt标准星进行测光定标观测,给出高美古2.4m望远镜测光系统在UBVRI波段的测光标准.中国丽江高美古天文观测站的消光系数测得为：U波段0.457、B波段0.237、V波段0.104、R波段0.078、I波段0.015.同时也给出高美古2.4m望远镜测光系统到标准系统的颜色转换关系.这些表明高美古天文观测站的大气透明度以及消光能与美国阿柏角天文台相媲美.     

全面开展太阳系探测的新时代

太阳系是由太阳、行星及其卫星、矮行星、小行星、彗星和行星际物质组成的一个天体系统.自古以来,人们只能凭裸眼观察来了解天体现象;16世纪初伽利略发明望远镜后,开启了望远镜观测时代.观测波段逐渐覆盖了γ射线、X射线乃至可见光、红外和无线电波的整个电磁波谱,人类对太阳系的了解也得以逐渐深化.人类对太阳系的探测始于20世纪50年代末,从探测月球开始,逐渐发展到对地球邻近行星(火星与金星)、其他行星、各类小天体以及太阳和行星际空间太阳风的探测.人类的空问探测,由近至远,由易到难,经历了近半个世纪,实现了对太阳系各层次天体和太阳系空间的253次探测.     

1RXP J160338+1554.1:一个明亮的低电离核发射线区星系

X射线卫星ROSAT观测得到的X射线源1RXP J160338+1554.1,经过美国基特峰国立天文台的4 m光学望远镜的分光观测得到了它的光谱.通过光谱分析发现,该源具有较强的低电离发射线,从发射线的强度比以及谱线形态来看,该源完全符合低电离核发射线区(LINERs)星系的判据.这是第一次完全证实它是一个LINER.     

昌德拉X射线天文台发回首批照片

昌德拉 X 射线天文台是美国航天界日和天文界期待20余年的项目,是美国航天局正在实施的大型空间天文台(Great Observatories)计划的第3个设备,前两个分别是哈勃空间望远镜(HSH)和康普顿伽玛射线天文台(GRO),已分别于1990年和1991年发射。昌德拉 X 射线天文台是迄今为止进入太空的最大和最精密的天文仪器之一,在未来5年里它将对星系、类星体和恒星等进行探测,并努力寻找宇宙中的黑洞和暗物质。有关昌德拉 X 射线天文台的情况笔者在上期的本栏中已做了详细介绍。昌德拉 X 射线天文台于今年7月23日由哥伦比亚号航天飞机刚刚发射升空,其处女作于当月下旬即露面了。7月26日 NASA(美观航天局)举行记者招待     

空间太极计划:到太空探测引力波

正2016年2月11日,高新激光干涉仪引力波天文台(aLIGO)宣布探测到引力波,开启了引力波天文学和引力波物理学时代,吸引了全世界的天文学家和物理学家聚焦于这一全新的领域。与光学望远镜可分为地基望远镜和太空望远镜一样,对引力波的观测也可分别在地球和宇宙空间进行。我国已计划开展多波段的引力波观测,其中最激动人心的当属在太空观测引力波的"空间太极计划"。为了一窥这一宏伟计划的究竟,本刊专访了空间太极计划的首席科学家胡文瑞院士和吴岳良院士。     

特殊伽玛暴及伽玛暴的特殊辐射成分

伽玛射线暴(伽玛暴)的探测从其被发现以来,已经获得了大量的伽玛射线观测结果以及多波段的余辉观测结果,但是X射线能区的爆发阶段的瞬时辐射还比较缺乏观测数据.爱因斯坦探针(EP)是软X射线能区(0.5–4 keV)的大视场(1.1 sr)望远镜,为伽玛暴的X射线瞬时辐射的观测带来全新的时间窗口.本文讨论了EP对富X射线辐射的特殊伽玛暴或伽玛暴的特殊辐射成分进行了预期研究,特别是研究了X射线闪、低光度伽玛暴、超长伽玛暴和伽玛暴的先兆辐射.我们发现,EP预期能每年探测到约810个伽玛暴类爆发事件,其中95%为能谱较软的X射线闪,将近1%为典型伽玛暴;EP预期能每年探测到0.2–8个低光度伽玛暴,具体探测率依赖于低光度暴能谱硬度的分布;EP预期每年至少能探测到20–200个超长伽玛暴;EP有望探测到大量的、目前人们非常缺乏了解的伽玛暴先兆辐射,至少每年80个事件.综合这些情况,预计EP将对伽玛暴的分类、前身星特性、爆发机制和喷流特性等方面的研究具有重要意义.     

我国天文学家发现147颗活动星系核

我国天文学家发现１４７颗活动星系核［本刊讯］自１９９４年以来，参加攀登计划“天体剧烈活动的多波段观测和研究”项目的我国各天文台和大学的天文工作者用中国科学院北京天文台２．１６米望远镜获得大丰收，共发现了１４７颗活动星系核。这一系列发现是使用安装在北京...     

MCG-6-30-15的铁Ka线的研究

活动星系核的X射线性质是近几十年X射线天文学研究的一大热点。铁Ka线位于X波段的6-7keY能区,是来自活动星系核中的冷物质的荧光辐射。随着XMM-Newton和Chandra等高性能X射线望远镜投入使用,铁Ka线的研究也更加深入。通常,宽的铁Ka线被认为是研究AGN中心黑洞最好的探针,一个最著名的例子就是MCG-6-30-15。ASCA和XMM-Newton卫星已经对MCG-6-30-15进行了多次观测和研究,发现有明显的宽的铁Ka线存在。研究铁Kn线的轮廓能给出黑洞自旋的一些信息,这些信息对了解黑洞的吸积、演化有重要意义。文章选取XMM-Newton卫星已对MC@6-30-15的一次观测来研究MC@6-30-15铁Ka线性质。     

X波段移动雷达与S波段新一代天气雷达产品比对分析

为探究、验证X波段移动雷达系统及其回波数据实用性,利用X移动雷达在台风外围云系降水天气过程(2016.7.9)进行探测作业并收集观测数据,对移动雷达观测范围100 km内的回波信息进行研究分析,同时将其与S波段天气雷达同一时间段内探测到的速度场、强度场及对应测站雨量数据等资料进行数据分析,比对两部雷达观测结果的差异及原因。结果表明:X波段移动雷达与S波段新一代天气雷达相比,X波段雷达对气象目标物有灵敏的探测能力,X波段雷达比S波段雷达能探测到较好的空间分辨率和较低的地杂波。但是X波段雷达因探测降水时衰减严重,因此在60 km的探测范围内,X波段雷达回波强度略强,之后随之减弱。在探测降水的移动过程及强度变化趋势,与S波段雷达的探测结果基本一致。X波段移动雷达在S波段雷达故障或探测不到的地方,具有替代S波段雷达的应急作用,能够作为填补S波段雷达探测盲区的一种方法。     

星系团中的类星体

利用英国安装在澳大利亚的1.2米施米特望远镜拍摄的资料,在室女座星系团天区内共发现82颗类星体候选体,其中的18颗在美国帕洛玛山天文台的5米望远镜上进行了观測,13颗确认为类星体。类星体Q1232 134具有宽吸收线和宽发射线,且谱线的电离电势相差很多,这是十分少见的.本文进行了类星体和星系的成协性分析.讨论了整个星系团的引力透镜效应.类星体面密度因引力透镜效应的放大因子只有1.03,目前的观测结果还无法给以肯定性的判断.     

探日: 中国来了!

太阳的活动具有周期性,大约是11年一个周期,2021年至2022年是人类有纪录以来第25个太阳活动周期的开始,全世界又进入太阳研究新的高峰期.我国作为航天大国,及时开展太阳探测活动,十分必要,不能缺席. 我国首颗探日卫星"羲和号"发射成功 10月14日18时51分,我国在太原卫星发射中心采用长征二号丁运载火箭,成功发射首颗太阳探测科学技术试验卫星"羲和号",实现我国太阳探测零的突破.这标志着我国正式步入"探日"时代.     

2017天文学热点回眸

 天文学是一门发现型的学科。2017年天文发现和研究进展目不暇接,一些新的大型观测设备开始运行。从研究进展和天文仪器2个方面遴选了9项具有代表性的天文发现和事件。盘点了引力波、系外行星、最奇特的反复爆发超新星、暗物质卫星公布首个物理结果和第一个系外天体"奥陌陌"发现等研究进展,在天文仪器方面包括了视界面望远镜进行黑洞成像观测、中国HXMT"慧眼"卫星成功发射、"卡西尼号"探测器毁落及中国FAST射电望远镜基本完成功能性调试。随着这些新设备的正常运行,期待2018年得到更多更有趣的发现结果。     

星系中心大质量黑洞及潮汐瓦解恒星事件

黑洞潮汐瓦解恒星事件(Tidal Disruption Events,TDE)是星系中心黑洞瓦解进入其潮汐瓦解半径内的恒星并吸积恒星碎片物质而产生的一种剧烈辐射耀发现象.TDE的能谱和光变特征中蕴含了中心黑洞和被瓦解的恒星的信息,为我们证实和普查宁静星系中的黑洞,研究其参数、吸积过程和喷流产生、以及核区星际介质等提供了可能.TDE还可能提供中等质量黑洞和双黑洞存在的证据.TDE的观测和理论已成为一个新开辟的天体物理研究领域,但目前的进展受制于探测到事件太少(尤其是在X射线波段),且观测数据普遍质量不高.TDE的发生率很低,要探测大样本的事例需要监测足够大的空间体积.爱因斯坦探针卫星(Einstein Probe,EP)覆盖了0.5–4 keV的软X射线波段(接近TDE耀发时的辐射峰值能段),具有大视场以及高灵敏度,非常利于对TDE的探测.预期爱因斯坦探针卫星每年可以发现约几十至上百例TDE,其中有约10例或更多具有相对论性喷流特征.这将使我们可以获得较为完备、具有统计意义的TDE的样本,为进一步研究黑洞的存在和统计性质、增长和演化、发现中等质量黑洞和大质量双黑洞等提供了新的途径.     

探测磁星的爆发

磁星作为高能天体物理研究热点源之一,是一类具有超强磁场、并且在X射线和软伽玛射线能段较活跃的中子星.使用爱因斯坦探针卫星(Einstein Probe,EP)全天监测,我们预期能通过探测磁星的X射线爆发现象而至少在EP运行3年期间发现3颗新磁星,并同时监测已知23颗磁星的可能活动.EP的全天监测结果将帮助估算磁星的数目、理解恒星演化和超新星爆发.根据EP的监测,还可以及时开展多波段观测,研究磁星的辐射机制和背后的物理特性与过程.另外,EP也能监测其他类中子星可能的突变活动,帮助理解此类现象的物理本质.     

毫秒脉冲星的高能辐射

 根据自恰毫秒脉冲星磁层外隙模型讨论毫秒脉冲星的高能辐射机制.其中X射线由2个热成分和1个幂律成分组成,γ射线由外隙粒子同步-曲率辐射产生.在此基础上,理论计算了11颗X射线波段及其他39颗在射电波段观测到的毫秒脉冲星,所得理论与观测符合较好,表明该模型能较好地解释毫秒脉冲星的高能辐射机制.     

我国成功发射高分二号卫星

8月19日11时15分,我国在太原卫星发射中心用长征四号乙运载火箭成功发射高分二号卫星,卫星顺利进入预定轨道。此次任务还搭载发射了一颗波兰小卫星。高分二号卫星是高分辨率对地观测系统重大专项首批启动立项的重要项目之一,是目前我国分辨率最高的光学对地观测卫星,具有米级空间分辨率、高辐射精度、高定位精度和快速姿态机动能力,主要用户为国土资源部、住房和城乡建设部、交通运输部、林业局,同时还将为其他用户部门和有关区域提供示范应用服务。