给月亮拍张X光片

爱因斯坦探针卫星“风行天”X射线望远镜所拍摄的月球X射线图像。资料图

“风行天”空间X射线望远镜。 资料图

自古以来,人们大多是通过眼睛可感知的可见光来看月亮的。17日上午,我国“爱因斯坦探针”(简称EP)空间X射线天文台,也在中秋佳节期间从太空传回月亮的X射线照片,可以欣赏到在X光波段里不一样的月亮。这些图像是由EP卫星上的“风行天”X射线望远镜(FXT)获得的,这也是中国科学家首次用自己研发的空间望远镜观测得到完整月亮的X光图像。

EP卫星是中国科学院空间科学(二期)战略性先导科技专项立项并实施的空间科学卫星系列的重大任务之一,由中方主导,欧洲航天局、德国马普地外物理研究所和法国航天局以国际合作形式参与卫星研制。其中“风行天”是EP卫星配置的两个科学载荷之一,由中国科学院高能物理研究所牵头研制。

在X射线能段给月亮拍照,非常困难。太阳发出的X射线能激发月面元素产生X射线荧光辐射。由于不同元素的X射线特征能量是不同的,通过研究月面不同能量的X射线图像,可揭示多种元素在月面的分布。

然而,X射线辐射无法穿透地球大气层,因此无法在地面探测。另一方面,X射线很难被聚焦成像,一般只能利用掠入射聚焦,造成X射线望远镜的视场很小,通常只有20角分左右,不能覆盖整个月亮。

为此,科学家通常使用X射线卫星,在大气层外进行观测,但是至今尚未成功拍摄到完整的X射线满月图像,月球就像被蒙上了一层神秘面纱。

时机来临万事俱备

今年处于太阳活动峰年,太阳耀斑频繁爆发。当有太阳耀斑发生时,太阳的X射线流量会急剧增高,能谱变硬,月面的X射线辐射也会随之增强。这给拍摄月面X射线照片提供了有利条件。

今年中秋节恰逢月亮处在地月轨道的近地点附近,距地球仅357400公里,因此,此时月亮比普通满月面积约增大14%,而且亮度更高,因而被称为“超级月亮”,这也是天文观测的好时机。

不过,要拍摄“超级月亮”的完整X射线照片,需要满足以下几个条件:

卫星需要有对月跟踪能力,即根据月球星历,随时调整望远镜指向,使月球一直处在视场中心。

望远镜要有足够大的视场(视场直径至少要大于33.4角分),这样才可能拍摄到完整的月球照片。

望远镜要有较高的角分辨,这是拍到清晰图片的重要前提。

“超级月亮”的可见光辐射很强,探测器前方需要有较厚的遮光膜遮挡可见光,同时要能透过X射线。

探测器能量分辨要好,这样才能得到不同元素的X射线荧光图像,进而研究各元素的月面分布。

历史上,只有两颗卫星,即德国ROSAT和美国Chandra,对月面成功进行了成像观测。

“风行天”拍下“超级月亮”

“风行天”此次在中秋节这一特别的时间段对满月进行了X射线观测,并成功传回了清晰的月面X射线照片,从另一个视角与大家分享中秋赏月的乐趣。

与国际上在轨运行的其他X射线卫星相比,“风行天”的成像视场很大,可以把“超级月亮”一览无余。

同时,“风行天”拥有较好的X射线能量分辨和较高的有效面积,可以揭示氧、铁、镁、铝和硅等元素在月表的分布。

爱因斯坦探针卫星首席科学家、中国科学院国家天文台袁为民介绍,尽管EP卫星的核心科学目标是探测和研究宇宙高能暂现天体,但超强的X射线探测能力使得EP卫星有着广泛的探测目标和应用前景。“风行天”所拍摄的这些月面X射线图像,对开展月球相关科学研究具有重要价值。据央视报道

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