美国宇航局新的轻型X射线镜可以在太空中进行试验

最近的测试表明，由通常用于制造计算机芯片的材料制成的超薄轻质X射线镜可以满足下一代X射线天文台的严格成像要求。

因此，Will Zhang及其团队在位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心开发的X射线反射镜技术已成为概念性天蝎座X射线天文台的设计参考任务的基础 - 四个潜力之一根据2020年天体物理学十年调查，科学家们已经审查过的任务是值得追求的。

如果选择并最终在20世纪30年代推出，Lynx可以携带数以万计的张镜像片段，这将提供超过美国宇航局旗舰钱德拉X射线天文台和欧洲航天局高级望远镜的灵敏度两个数量级的飞跃。高能天体物理学，或雅典娜。钱德拉本身在1999年发射时提供了显着的飞跃能力。它可以观察到X射线源 - 爆炸的恒星，星系团和黑洞周围的物质比以前的X射线望远镜观察到的暗晕-100倍。

在另一项发展中，张和他的团队在2021年的一次探空火箭任务中获得了近期飞行机会。这将代表该技术在太空的首次演示。

七年的发展努力

开发新光学器件的努力始于七年前，当时张开始尝试单晶 - 一种以前从未用于制造X射线反射镜的单晶硅。这些特制的光学元件必须弯曲并嵌套在圆柱形容器内，这样高能X射线光子会擦过它们的表面并偏转到天文台的仪器而不是穿过它们。

他的目标 - 考虑到建造空间天文台的成本，只是随着它们变得越来越大而价格越来越高 - 是开发易于再现的，轻质的，超薄的镜子，而不会牺牲质量。

“我们所做的就是从科学的角度出发，经验证明这些光学器件可以使用廉价的，大量可用的材料制造，这种材料不受可能改变玻璃制成的X射线镜形状的内部应力的影响。张说，更传统的镜子制作材料。

由美国宇航局委托的40位专家小组进行的评估认为，由脆弱，高度稳定的硅材料制成的张氏光学系统能够像在钱德拉上飞行的四对较大和较重的镜子一样具有相同的图像质量。该小组还认为其他两项技术 - 全壳镜和可调光学器件 - 能够满足概念性Lynx天文台的要求。

张的镜子不仅可以提供0.5弧秒的分辨率 - 与超高清电视提供的图像质量相当 - 他们也满足了张的低质量要求。张说，它们比钱德拉的重量轻50倍。这意味着未来的天文台可以携带更多的镜子，创造一个更大的收集区域，用于阻挡宇宙中高能现象发出的X射线。

现在困难的部分开始了

但是张说，他和他的团队仍然“离我们的光学领域还远远不够。”

他和他的工程团队现在必须弄清楚如何将这些脆弱的镜子段粘合在罐内，这样可以在火箭发射期间保护整个镜子组件并保持它们的嵌套对齐。

“我们有很多工作要做，而且没有太多时间去做，”张说。“这现在是一项工程挑战。”

他补充说，时间至关重要。仅仅两年后，张的团队必须向宾夕法尼亚州立大学宾夕法尼亚州立大学教授Randall McEntaffer提供一个288段的镜子组件，他正在开发一种名为“飞机外光栅火箭实验”的探测火箭任务，或者是OGRE。从2021年的Wallops飞行设施发射。除镜子外，OGRE还将配备大学开发的光谱仪，配备下一代X射线衍射光栅，用于将X射线光分成其分量颜色或波长，以显示物体的温度，化学成分和其他物理性质。

张补充说，OGRE将为推进镜子装配做很多事情。该任务将有助于确定该团队的设计是否能够保护脆弱的镜子巢免受升空过程中经历的极端发射力以及通过地球大气层的上升。

其他可用机会

张设想团队光学的光明前景。张说，即使天蝎座在2020年十年调查中没有被选中用于开发，其他提议的任务也会受益。其中包括一些X射线天文台，现在被调查为潜在的天体物理学探测级任务，另一个正在被日本人考虑。

“五年前，人们说无法做到，但我们证明了我们的想法，”张说。“我的团队非常感谢戈达德的内部研究与发展计划，为我们提供种子资金。如果没有它，我们就无法做到这一点。