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科技日报记者 金凤

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中国首颗综合性太阳探测卫星“夸父一号”自2022年10月9日发射入轨一个多月以来,三大载荷之一的“硬X射线成像仪”开展了各项在轨测试和定标工作。11月22日,记者从中国科学院紫金山天文台获悉,“夸父一号”卫星载荷“硬X射线成像仪”(HXI)首张科学图像21日下午在该台发布。

“夸父一号”卫星载荷“硬X射线成像仪”首图发布

“夸父一号”卫星HXI载荷对太阳耀斑的两能段硬X射线成像(25-30和30-35 keV,等值线)叠加在SDO卫星AIA 1700 Å 图像背景上。中国科学院紫金山天文台供图

此次发布的HXI首图是对2022年11月11日01时(世界时)爆发的一个M级太阳耀斑的成像,当时HXI开机仅20天。

“夸父一号”卫星工程首席科学家甘为群介绍,经过多方比对并经后续观测反复确认,这是我国首次获得太阳硬X射线图像,也是当下国际上地球视角唯一的太阳硬X射线像,其图像质量达到了国际先进水平。硬X射线成像原理与普通光学成像不同,除了精密的“光学系统”,还需要后端的成像算法等一系列的处理。

HXI载荷数据科学家苏杨表示,科研团队通过对比11月11日爆发的“双十一”系列耀斑的HXI数据和太阳动力学天文台(SDO)上的太阳大气成像仪(AIA)图像,表明HXI各项功能指标达到预期目标,准直器性能、对齐精度、指向镜数据、探测器性能、成像算法、修正算法、能量定标算法均达到理想的效果。更难得的是,在准直器前后1.2米距离上最难对齐的36微米节距光栅子准直器(最高分辨率达到3.2角秒)在成像中也表现突出。这说明在尚未进行光栅定标的情况下成像的优越性能已经超过HXI团队的预期,未来在进行详细的光栅子准直器定标后预计会达到更好的成像质量。

作为“夸父一号”卫星三大载荷之一的HXI,由中国科学院紫金山天文台牵头负责研制,承担着“一磁两暴”中观测太阳耀斑非热辐射的任务。

HXI由3台结构上独立的单机组成:准直器、量能器以及电控箱,它们相当于相机中的镜头、CCD和控制系统。

当X射线照射HXI准直器时,一部分光子透过金属钨光栅间的狭缝进入探测器,一部分光子由于光栅的阻挡而无法被探测器探测到。随着光子入射方向的改变, 它们在探测器上的透过率将会发生变化,并且呈现周期性的三角波函数。

为了获得太阳源区的硬X射线图像,HXI使用了多达91个子准直器,它们具有不同的节距和角度组合。科研人员通过综合解读每个探测器的计数,利用它们之间的相互关系来获得图像。

HXI探测器就像一只高科技复眼,其中不同节距不同摆放角的光栅就好比许多大小迥异的镜筒,各司其职,有的擅长看大轮廓,有的擅长看小细节,把它们都综合起来,就是一组强大的观测阵列。

作为中国首颗综合性太阳探测卫星,“夸父一号”卫星的科学目标瞄准“一磁两暴”,即同时观测太阳磁场及太阳上两类最剧烈的爆发现象―耀斑和日冕物质抛射,研究它们的形成、演化、相互作用和彼此关联,同时为空间天气预报提供支持。