发展中的宇宙射线天文学

1962年,罗西等人在火箭上放置了几个薄云母窗盖革计数器,本想研究太阳辐射引起的月面荧光X射线,然而观测的结果,却意外地发现,在银河系中心方向有一个奇特的能发射X射线的星体——天蝎座X-1.它发射X射线的木领十分巨大,其X射线辐射功率竟比太阳各种辐射功率的总和还大上千倍.天蝎座X-1的发现,揭开了天文学发展史上新的一页.从此,天文观测开始出现了一个崭新的发展方向.十多年来,已取得了很多重要的进展. 一、从光学天文到全波天文 六十年代以来,随着人造卫星、探空火箭和大型气球等运载工具的发展,突破了大气屏障.同时,把粒子探测技术不…     

HXMT卫星的观测规划与数据处理

正HXMT卫星在轨运行期间,需要开展一系列的空间观测,以便对天文现象进行研究。空间探测涉及到多个过程,需要考虑多种因素的约束,本文将详细给出从观测任务的提出,到任务安排、数据处理及科学分析的全过程。一、引言硬X射线调制望远镜(HXMT)是我国首颗X射线天文卫星,卫星发射升空后,预期在轨工作四年。在此期间,为实现预期的科学目标,将开展一系列的空间X射线探测,通过对这些观测数据的处理分析,     

一种聚焦型X射线探测器在轨性能标定方法

X射线探测器是X射线天文观测及脉冲星导航的核心器件,受发射振动、高能粒子辐射损伤及元器件老化等影响,X射线探测器空间观测性能会逐渐变化,X射线探测器在轨标定有利于观测天体X射线辐射信息的准确获取及精确建模.研究利用了脉冲星辐射能谱标定X射线探测器性能的方法,能较好地消除探测器本底及空间环境噪声的影响,通过处理脉冲星导航试验卫星(XPNAV-1卫星)的Crab脉冲星观测数据,评估了我国首款聚焦型X射线探测器的在轨性能.计算结果表明,XPNAV-1卫星上聚焦型X射线探测器的有效面积在0.6-1.9 keV能段内优于2 cm~2,其中在0.7 keV能量处取得最大值3.06 cm~2,探测效率约10%;有效面积随着探测能量增大而减小,在2—3.5 keV能段内有效面积约为1 cm~2,而大于5 keV能段的有效面积约为0.1 cm~2,且此能段估计精度明显受光子统计误差影响.同时研究了考虑能量响应矩阵的探测器有效面积标定新方法,利用地面性能测试中五个特征能谱处的能量分辨率重构其能量响应矩阵,重新标定了聚焦型X射线探测器有效面积,发现该能量响应矩阵对结果影响较小.最后建议观测某些超新星遗迹监测能量分辨率及能量线性等指标的变化.     

放射性衰变和地球年龄

人类所赖以生存的地球的年龄是无限的还是有限的?对于这个问题,人们在天文观测中发现宇宙中存在着新生的、成年的和衰老的星体.地球当然也不会超出这一规律,所以它的年龄应该是有限的。但地球的年龄有多大呢? 关于地球的年龄的概念,一个是天文年龄,即从地球开始形成到现在的时间;另一个是地质年龄,这是指地球已开始有了地质作用,如沉积、侵蚀、构造等运动后到现在的时间。对于天文年龄,由于地球形     

《从零学相对论》连载21

正§8.4水星近日点进动按照牛顿力学,行星的轨道是以太阳为一个焦点的椭圆.然而观测结果与此略有歧离.以最靠近太阳的水星为例,虽然它在每一周期中的轨道很接近椭圆,但两个相邻周期的两个"椭圆"的长轴并不重合,表现在它的近日点(perihelion)的微小改变上(见图8-6).随着时间的推移,由于积累效应,"椭圆"的长轴(因而近日点)绕太阳的缓慢转动变得可以观测.这现象叫做近日点的进动(precession).从1697至1848年的天文观测表明水星近日点的进动率是每世纪5 600″(″代表角秒).如何解释?法国数学家勒威耶(Le Verrier)用牛顿力学对水星运动做过长期研究,并于1859年再次发表研究报告.根据     

超强磁场下中子星壳层的电导率和磁星环向磁场欧姆衰变

磁星是指主要由磁场提供辐射能量的一类脉冲星.部分宁静状态下的磁星X射线有热起源,对应的温度kT为0.2—0.6 keV (1 eV=1.602×10~(–19) J),这比转动供能的脉冲星的典型温度值高很多,并且可以用黑体谱来拟合.对磁星的观测和理论研究是当前脉冲星领域一个重要的热点.结合物态方程,本文首先计算了在超强磁场下壳层的电导率;从统计上研究了由于环向磁场衰变,磁场能释放率与磁星软X射线光度之间的关系.通过分类和数值拟合,所得到的新的拟合公式能较好地反映磁星软X射线光度和旋转能损率之间的关系.研究发现,对于绝大多数高X射线光度的磁星,环向磁场欧姆衰变足够提供其观测的软X射线辐射;对于低X射线光度的暂变磁星,其软X射线辐射可能来源于旋转能损率、磁层流或粒子星风.随着对磁星理论和观测研究的深入,本文模型也会得到进一步的改进,理论结果将更好地符合磁星的软X射线观测.     

打开宇宙电磁频谱的新窗口——超长波

 1800年2月11日，英国天文学家威廉·赫谢尔在观测太阳光谱热效应时意外发现了肉眼不可见的红外辐射。此后，随着麦克斯韦电磁理论的建立，人们开始意识到，在可见光之外，还存在着其他波段的电磁波，它们的差别只在于频率或者说波长。现代的天文研究综合了这些不同波段的观测以获取信息。但是，地球大气对于观测不同频段的天体辐射却有很大影响。图1为地球大气对不同波段电磁辐射的吸收。我们看到，这其中有两个几乎完全透明的窗口，分别位于可见光波段和无线电波段（米波至厘米波）。我们的眼睛之所以对可见光敏感大概是长期进化的产物。现在，地面的天文观测也是以可见光和射电（无线电）天文观测为主，而其他波段特别是X射线、伽玛射线等高能天文观测，以及红外和毫米波观测，则往往依赖航天器的空间观测或火箭、气球等近邻空间观测手段，或者至少是利用高海拔观测站以尽量减少大气吸收。仅X射线波段，空间望远镜和实验就已有几十个。这些空间观测，打开了高能天文的观测窗口。     

我国首颗空间X射线天文卫星“慧眼”发射成功

<正>2017年6月15日11时00分,我国在酒泉卫星发射中心用长征四号乙(CZ-4B)运载火箭成功将硬X射线调制望远镜卫星"慧眼"发射升空,卫星顺利进入预定轨道。此次发射任务圆满成功,使我国在国际上空间X射线观测领域占有一席之地,有望做出一系列新的科学发现,是我国空间科学研究领域新的里程碑。     

高功率激光装置上光致电离等离子体光谱实验的理论研究进展

光致电离等离子体是宇宙中等离子体的一种重要的存在形式,这种等离子体是一些高能天体发射很强的辐射场照射周围的稀薄等离子体产生的。随着高能量密度物理的发展,2009年Fujioka等人使用高功率激光装置（GEKKO-XII激光装置）制造出光致电离硅等离子体,并观测到类似于天文观测中的X射线光谱。本综述重点总结了Fujioka实验以来,各理论工作对实验中X射线光谱的模拟结果,并对光致电离等离子体光谱实验方面的研究进行展望。本文期望为相关研究人员深入理解光致电离等离子体光谱发射的物理机制提供参考。     

一种新的多三角形星图识别算法

针对星敏感器星图识别算法只能处理少数目恒星的问题,结合天文观测相机进行星图识别的具体要求,提出了一种适合天文观测相机的多三角形星图识别算法.首先,选用欧洲空间局2000年2月发布的第谷2天文星表作为原始导航星表;其次,采用交叠矩形法分天区后建立导航星数据库;最后,根据天文观测相机拍摄的实际星图建立了观测星数据库;并应用多三角形星图识别算法进行星图识别的验证,实验结果表明：针对天文观测相机多三角形星图识别算法是可行的,也是可靠的.     

暗物质粒子探测及进展

正暗物质是天文学家观测宇宙时发现的一种"暗"的物质。所谓"暗"的物质是指没有观测到这种物质任何的电磁辐射。我们知道,天文学家观测宇宙所通过的媒介是不同波段的电磁波,像图1所示,根据波长的不同,电磁波从波长最长的无线电波、微波、红外线、可见光到波长比较短的紫外线、X射线和能量最高的γ射线。现代的天文观测仪器发     

X射线辐射输运分解实验研究

在“星光Ⅱ”激光装置上进行了X射线辐射输运分解实验研究.实验中利用高时空分辨的MCP选通X射线皮秒分幅相机和软X射线条纹相机从缝口观测腔内壁X射线辐射时空分布,得到X射线在腔中的输运速率、X射线持续发射时间和轴向强度衰减量;利用X射线CCD针孔透射光栅谱仪观测到腔内X射线辐射光谱随空间位置的变化,得到X射线在输运过程中被多次吸收和发射后谱的变化特征;用X射线二极管和亚千X射线能谱仪分别得到源和输运末端X射线辐射总量和辐射温度.介绍了实验中采用的诊断技术和实验方法,并给出了获得的典型结果. 关键词：     

写在前面的话

正我国第一颗X射线天文望远镜——硬X射线调制望远镜(HXMT)——预计于2016年年底发射升空。HXMT的成功研制表明我国在空间X射线天文探测器设计、制造以及配套的性能测试(标定)以及地面科学应用系统等方面取得了全面突破,跻身国际上少数能够自主研制一颗X射线天文卫星的全部科学仪器的国家。为介绍X射线天文科学研究和HXMT的基本情     

一次奇特的彗星-太阳相撞

Kreutz掠日星是一群明显相似的长周期彗星,由于对这群彗星的观测偶然发现了奇特情况,所以它们最近引起了人们极大的兴趣.所有这群已知的成员,看起来好像是一个原来较大的彗星分裂之后的残存物.如果从太阳上观察,所有近日点在黄经和黄纬上都在零点几度之内.单个星体各轨道之间的差别可以认为是由于木星的扰动所致. 这群星体中的一个新成员,Howard-Koomen-Michels彗星(也称为彗星 1979 XI)是偶然被发现的.它首先在太阳风(SOLWIND)实验中日冕仪所拍摄的照片上被看到,这台日冕仪是装在“空军太空实验计划”地球轨道卫星上的.1979年8月,对…     

西藏ASgamma实验发现迄今最高能量的宇宙伽玛射线

<正>前不久中日合作的科学团队利用我国西藏羊八并ASgamma实验阵列发现迄今为止最高能量的宇宙伽玛射线,能量高达450 TeV,这标志着超高能伽玛射线天文观测进入到100 TeV以上的观测能段。科字家观测发现,这些宇宙伽玛射线来自蟹状星云方向。蟹状星云是位于金牛座的超新星遗迹,距离地球6500光年左右,其能量来源是位于其中的高速旋转的脉冲星,即蟹状星云脉冲星。蟹状星     

玫瑰眼（The Rosette Eye）——大质量恒星周围电离氢区前期形成及演化重要过渡阶段的发现

一个由中英德美多国天文学家组成的工作小组近期在距离太阳系5000光年的玫瑰巨分子云核心大质量星形成区域发现了一个处于早期演化阶段的罕见的年轻大质量恒星系统。据估算,中心星体的质量大约为20个太阳质量。观测表明,该大质量星在其形成的吸积塌缩过程中产生的强大紫外辐射正以大张角电离星风的形式从恒星的两极喷射而出,在近红外宽带和分子氢发射线窄带成像中表现为一个沙漏状的双极电离氢区。     

硬X射线调制望远镜卫星及其科学目标

正硬X射线调制望远镜(The Hard X-ray Modulation Telescope,简称:HXMT)是我国自主研制的第一颗X射线天文卫星,承载有高能X射线望远镜(20~250ke V,5000 cm2)、中能X射线望远镜(5~30ke V,952 cm2)、低能X射线望远镜(1~15ke V,384 cm2)以及空间环境监测器。HXMT具有扫描观测和定点观测两种工作模式,扫描观测可以进行宽波段大天区X射线巡天成像,定点观测可以研究黑洞、中子星等高能天体的多波段X射线快速光变,HXMT还可以监视天空的高能爆发现象。通过HXMT     

空间硬X射线调制望远镜

用宇宙作为物理实验室,探索在地球上无法企及的条件下,例如极早期宇宙或黑洞视界附近强引力场中的物理规律,已成为新世纪物理学和天文学共同的前沿课题;空间天文观测是其中一个最重要的研究途径.自主研制和发放空间硬X射线调制望远镜(HXMT),实现中国空间天文卫星零的突破,是中国<"十一·五"空间科学发展规划>的目标之一.HXMT将实现宽波段X射线(1-250 keV)巡天,其中在硬X射线波段具有世界最高灵敏度和空间分辨率,发现大批被尘埃遮挡的超大质量黑洞和未知类型天体,探测宇宙硬X射线背景辐射;HXMT还将通过对黑洞和其他高能天体宽波段X射线时变和能谱的观测,研究致密天体极端物理条件下的动力学和辐射过程.基于成像技术创新提出HXMT项目迄今已有15年,能不能抓住技术创新所提供的科学机遇仍然是一个严重的挑战.     

中国研制硬X射线调制望远镜卫星

 经过数年的延迟,中国第一个专用的天文卫星终获政府批准.这个价值1.54亿美元的硬X射线望远镜(Hard X-ray Modulation Telescope,HXMT)将于2015年发射升空,在离地面550千米高空,用4年时间给我们绘出一幅X射线天图并对X射线源的性质进行详细研究.     

寻找超高能宇宙线源——西藏广延空气簇射实验

总结了１９９０年６月到１９９３年１０月期间西藏空气簇射阵列的观测结果。寻找了来自于蟹状星云、Ｘ射线双星、脉冲星、活动星系核和其它活动天体的能量为１０ＴｅＶγ射线连续发射,没有发现连续稳定发射的迹象,但给出了每个源的流强上限。在阵列所观测的天区寻找了１０ＴｅＶ的γ暴,结果没有发现能量１０ＴｅＶ的γ暴,最后也给出了发现此种γ暴的上限。应用该阵列,明显地观测到了能量为１０ＴｅＶ的宇宙线流强的太阳和月亮阴影。观测了朝向和远离太阳的行星际空间磁场对宇宙线阴影的影响,这是行星际磁场对阴影位移影响的第一次直接观测。研究并发现在实验期间,太阳阴影的位置每年都在变化。同时观测在此期间,朝向和远离方向的宇宙线阴影的不同变化。另外,应用该实验的数据,给出了所谓的“膝”区的原初宇宙线能谱。