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在最新一期《自然天文学》的封面上,蓝色宇宙中的一个小型探测器正朝着一个巨大的银色白云前进。这是清华大学天文学系教授冯华的研究成果。5月11日,《自然天文学》杂志封面文章报道了由清华大学牵头的空间天文学项目“极光计划”的最新成果。经过一年的卫星观测,装有极光计划的X射线偏振探测器探测到蟹状星云和脉冲星(中子星)的软X射线偏振信号。此外,研究小组还首次发现了脉冲星旋转突变和恢复过程中X射线偏振信号的变化,表明了这一过程中脉冲星磁场的变化。

这一结果也标志着软X射线偏振探测窗口的重新开启,由于技术上的困难,这个窗口已经停滞了40多年。在这背后,一位年轻的教授和几位学生一直在进行“年”级的研究。在天文学领域,利用X射线偏振测量可以获得高能辐射区的磁场方向和天体的几何对称性,从而进一步了解与黑洞和中子星密切相关的天文现象的物理过程机理,这对高能天体物理学具有重要意义的冯华说。早在1968年,美国科学家就率先进行了天文X射线偏振探测,并在1971年发射的探空火箭上完成了247秒的曝光。

首次发现蟹状星云的X射线辐射可能具有高的线偏振,并于1975年在发射的oso-8卫星上完成了首次精确测量。然而,40多年后,科学家们继续论证X射线偏振的应用,并预测探测偏振对天体物理学的科学价值。然而,在太空中还没有第二个X射线偏振探测装置。检测灵敏度的不足被认为是X射线偏振技术的主要瓶颈之一。技术革新发生在2001年。随着核探测技术的发展,意大利科学家证实了一种新的粒子探测技术可以用于高灵敏度X射线偏振测量。

这为X射线偏振测量带来了“一种近乎理想的检测技术”。2009年,回到清华大学任教的冯华开始带队在国际合作的基础上,探索和改进X射线偏振探测技术。2018年10月29日,由清华大学牵头的空间天文学项目“极光计划”启动。同年12月18日,极光工程探测器高压投入运行,成功探测到空间X射线。2019年3月,探测器进入常规观测,瞄准蟹状脉冲星。脉冲星是一个极其精确的“时钟”,但它往往在某个时间点发生突然变化,然后慢慢恢复。

这种旋转突变是一个有待研究的天文现象。2019年7月23日,蟹状脉冲星发生旋转突变。极光投影探测器捕捉到其偏振信号的变化。几十年后,其偏振信号恢复缓慢。这一新发现有助于理解脉冲星的内部结构,脉冲星也是中子星。天文学作为一门以观测为导向的科学,其发展在很大程度上依赖于新的观测方法和手段。冯华和他的学生们在“年”的长期观察中收获了很多。2010年初,第一次咨询冯华的清华大学工程物理系学生李红对X射线偏振现象知之甚少,但听了老师的介绍后,李红立刻感动了:“一方面,她对研究方向很感兴趣;另一方面同时发现核科学与技术在本科阶段的知识积累可以应用到天文研究领域,李红跟随冯华攻读博士学位,致力于偏振测量方法和仪器的研究。

”在X射线偏振检测发展停滞和新技术出现的阶段,我们希望能做更多的前沿工作。”李红说。在实验室研究阶段,该团队的目标一直是“制造一种长寿命、高性能的探测器,以满足空间应用的需要”。新的X射线偏振探测器大约有火柴盒那么大,传感器面积和硬币差不多。然而,仅仅通过检测密封在“火柴盒”中的气体,该小组就花了整整两年的时间来实现长期稳定的工作性能。在冯华看来,有些科学问题需要对一个科学目标进行长期的跟踪观察。在极光计划中使用的立方星只是对大型天文计划的一种补救。

值得注意的是,学生负责极光项目探测器和卫星的日常运行。”奥罗拉项目为我们的人才培养和交叉研究提供了良好的平台。一个完整的天文项目的经验可以极大地丰富学生的学术训练。此外,我们的立方星还搭载了清华大学学生项目“天格计划”的首台探测器冯华说。大项目的螺丝钉和小项目的总指挥现在,极光项目团队并不算大:工程师冯华,博士后和三四个学生。虽然队伍很小,但在技术支持和数据处理方面的分工就像太空中的立方体之星一样井然有序。

来自清华大学物理系的龙祥云,因为兴趣,在大二时加入了冯华的学生项目“天格计划”,并积极构建伽玛暴探测网络。2019年,龙祥云的本科毕业设计将转向“极光工程”,继续跟随冯华赴博学习。一年来,龙翔云为探测器编写了“每日值班”指令集,完成了3000多条切换指令。卫星的日常运行设计超出了团队的专业范围;控制程序设计也是龙翔云物理部的跨境设计。”队伍虽小,但五脏俱全。”龙祥云说,大多数队员是因为兴趣才加入的。

在每周的小组会议和灵活的讨论中,工程物理、物理等多个部门的成员们各执一词,相互促进:“我们都想多了解如何在项目推广中学习和运用。”在这个特殊的寒假里,留在实验室的李红、龙祥云和其他在家的成员跟上进度,推进极光系列的运营和推出计划。”在大项目中,学生可能只是螺丝钉,但在小项目中,他们被迫成为总指挥。必须考虑到项目运作的各个方面。他们不仅要熟悉自己的专业,还要了解其他相关学科的内容。冯华在接受中国青年报记者采访时说,这样的训练不仅要求学生具体,而且要求学生具备“总司令”的能力。

中国青年报、中国青年网记者叶玉婷,来源:中国青年报[编辑:朱燕京]。。

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