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    来源:www.shuoshisheng.net 发布时间:2020-03-18

    作者:倪思杰资料来源:Science.com发布日期:2018/6/28 13:44:07

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    eXTP空间天文台:国际合作的新途径

    近日,中国科学院“空间科学(二期)”战略试点科技项目第一批“空间科学背景模型项目”研究课题相继启动。在背景模型项目中,有两个项目在“背景模型”之前添加了“重大”一词。其中之一是今年3月启动的“增强型x光时变偏振空间观测台”项目。

    之所以“意义重大”,不仅是因为eXTP项目被认为是中国第一颗x光天文卫星“眼睛”(Eye)的接班人,该卫星将成为世界领先的旗舰x光天文台,也是因为eXTP项目经过十多年的长期准备,通过国际合作已经日益成熟。

    eXTP卫星概念图(由中国科学院高能研究所提供)

    20多个国家携手合作

    与“引人注目”相比,eXTP的科学目标更侧重于基本物理过程的研究。

    “‘眼睛’的主要目标是发现天体高能活动的新现象。eXTP不仅需要发现天文现象,还需要探索现象背后的物理规律。eXTP项目经理、中国科学院高能物理研究所(以下简称中国科学院高能研究所)研究员鲁方军告诉记者《中国科学报》。

    EXTP是一个研究极端条件下物理规律的项目。该项目的主要科学目标概括为“一奇两星三极”。也就是说,通过观察黑洞奇点附近的物质运动和辐射,测量中子星的质量半径关系,研究中子星强磁场中的真空涨落效应,可以深刻理解在极端重力、密度和磁场三种条件下的基本物理规律。

    鲁方军表示,为了确保eXTP项目能够产生更多的成果,中国是项目的主体,来自意大利、德国、西班牙、英国、法国等20多个国家、地区和组织的100多个基础研究实力雄厚的研究单位已经联合起来,形成了由中国科学家发起和领导的重大国际合作空间科学项目。

    “为了准确‘看到’物理定律,eXTP需要更高精度的观测仪器,因此它需要实现强大的国际联盟。”鲁方军说。

    eXTP空间天文台将搭载由中国和欧洲共同开发的四套高性能x光天文仪器。其中,能谱测量聚焦望远镜阵列计划由中国科学院高能研究所、哈尔滨工业大学、中国科学院Xi光学与力学研究所、意大利布雷拉天文台、德国马克斯普朗克地外研究所等联合承担。偏振测量聚焦望远镜阵列将由中国科学院高能研究所、清华大学、意大利布雷拉天文台和意大利罗马天体物理研究所承担。大面积准直望远镜阵列将由几个欧洲国家和单位承担,如意大利罗马天体物理研究所、英国伦敦大学学院空间科学实验室,以及其他中国单位,如第五宇宙航行科学院综合系、中国科学院高能研究所和北夜视集团公司。广角监测将由西班牙空间科学研究所、数据传输股和其他欧洲单位进行。这可能是有史以来由中国发起和领导的、发达国家最广泛参与的最大的国际合作空间项目eXTP项目首席科学家、中国科学院高能研究所研究员张双南告诉《中国科学报》记者。“自然分娩”项目受益于国际合作。有趣的是,这样一个大规模的国际合作项目起初并没有刻意走国际合作的道路。

    2005年,中国科学院高能研究所在硬x光调制望远镜(即“眼睛”卫星)之后开始考虑天文卫星规划。当时,鲁方军等人提议建造一颗探测面积大的卫星。卫星应充分利用“眼”卫星的硬件技术和学科基础,探索更基本的科学规律。预计它将在“眼睛”卫星发射后10年内发射。

    到2007年,经过几轮讨论,鲁方军、张双南等人已经逐步完成了项目的概念设计。该方案采用纯准直望远镜观测明亮的x光源,被命名为“x光时变偏振空间观测台”(XTP)。

    ”这个项目最初并没有引入国际合作。现在看来,当时的设计项目非常困难,几乎不可能实现。”透过XTP的雏形设计,鲁方军感慨万千。

    在张双南的推动下,XTP在2011年迈出了国际合作的第一步。当时,德国马克斯普朗克地外物理研究所正在进行一项重点观察项目“广义相对论天体物理学的时变和光谱研究”(GRAVITAS)。在交流中,双方发现了合作的可能性。

    2012年2月8日,德国马克斯普朗克地外物理研究所所长科帕尔南德拉教授率团参观了中国科学院高级能源研究所。双方讨论并认为,XTP和GRAVITAS卫星具有相同的主要科学目标,在技术方案上有许多相似之处。他们可以进一步优化设计,并提出一个共同的卫星方案。

    “2012年,考虑到探测器面积大、时间分辨率高的特点,XTP将准直和聚焦观测方案相结合,使XTP能够观测明亮的x光源和微弱的x光源。”鲁方军说。

    这只是XTP国际合作的开始。2015年,在中国科学院高能研究所的领导下,接近XTP科学目标并与其技术方案互补的“欧洲大型x光时变观测台”(LOFT)团队,整体加入XTP,最终形成了XTP-EXTP的升级版。

    抓住机会应对国际竞争

    2016年,张双南有点担心美国的举动。

    那一年,美国提出了Strobe-X天文台项目,该项目与eXTP非常相似,最初计划于2030年启动。该项目还邀请了eXTP的欧洲团队参与,形成了与中国直接竞争的局面,给eXTP项目的实施带来了极大的紧迫性。

    与此同时,雅典娜项目欧洲和美国合作的下一代大型空间天文台预计将于2028年至2030年间发射。尽管雅典娜的主要科学目标是通过其极高的x光光谱分辨率和对遥远天体的强烈观察来研究宇宙的大规模物理规律,但它仍然与eXTP的科学目标存在部分竞争张双南说。

    然而,张双南明白没有国际竞争的科研项目绝对不是好项目。

    “在以黑洞和中子星为观测目标的宇宙极端物理研究中,eXTP天文台与以前类似的卫星相比,在合成x光时变能谱极化方面有一个数量级的改进,具有全新的测量能力。它有望成为利用宇宙天体物理实验室研究极端物理定律的国际领先的主要平台。”张双南说。

    张双南说,正因为如此,有必要在2025年左右发射eXTP来填补国际大空间x光观测站的空白期,抢占研究宇宙极端物理规律的制高点。

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