“夸父一號(hào)”衛(wèi)星載荷“硬X射線成像儀”首圖發(fā)布

2022年11月21日下午，“夸父一號(hào)”先進(jìn)天基太陽(yáng)天文臺(tái)（ASO-S）載荷“硬X射線成像儀”（HXI）首張科學(xué)圖像在中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)發(fā)布。

“夸父一號(hào)”衛(wèi)星HXI載荷對(duì)太陽(yáng)耀斑的兩能段硬X射線成像（25-30和30-35 keV，等值線）疊加在SDO衛(wèi)星AIA 1700 ? 圖像背景上。

“夸父一號(hào)”自2022年10月9日成功發(fā)射入軌一個(gè)多月以來(lái)，三大載荷之一的HXI開(kāi)展了各項(xiàng)在軌測(cè)試和定標(biāo)工作，結(jié)果表明HXI載荷狀態(tài)正常，各項(xiàng)功能性能均滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，已順利投入科學(xué)觀測(cè)活動(dòng)。

此次發(fā)布的HXI首圖是對(duì)2022年11月11日01時(shí)（世界時(shí)）爆發(fā)的一個(gè)M級(jí)耀斑的成像，當(dāng)時(shí)HXI開(kāi)機(jī)僅20天。注意該圖像尚未進(jìn)行光柵定標(biāo)，位置也僅作平移對(duì)齊，但圖像和太陽(yáng)自轉(zhuǎn)軸的傾角以及平臺(tái)抖動(dòng)帶來(lái)的影響等均已修正。從該圖中可以看出經(jīng)典的雙足點(diǎn)源結(jié)構(gòu)，且其中一個(gè)在高能具有精細(xì)的雙源結(jié)構(gòu)。

通過(guò)對(duì)比11月11日爆發(fā)的“雙十一”系列耀斑的HXI數(shù)據(jù)和太陽(yáng)動(dòng)力學(xué)天文臺(tái)（SDO）上的太陽(yáng)大氣成像儀（AIA）圖像，表明HXI各項(xiàng)功能指標(biāo)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，準(zhǔn)直器性能、對(duì)齊精度、指向鏡數(shù)據(jù)、探測(cè)器性能、成像算法、修正算法、能量定標(biāo)算法均達(dá)到理想的效果。更難得的一點(diǎn)是，在準(zhǔn)直器前后1.2米距離上最難對(duì)齊的36微米節(jié)距光柵子準(zhǔn)直器（最高分辨率達(dá)到3.2角秒）在成像中也表現(xiàn)突出。這說(shuō)明在尚未進(jìn)行光柵定標(biāo)的情況下成像的優(yōu)越性能已經(jīng)超過(guò)HXI團(tuán)隊(duì)的預(yù)期，未來(lái)在進(jìn)行詳細(xì)的光柵子準(zhǔn)直器定標(biāo)后預(yù)計(jì)會(huì)達(dá)到更好的成像質(zhì)量。

HXI觀測(cè)到的2022年11月11日03時(shí)（世界時(shí)）耀斑的光變及成像。分別展示了全開(kāi)探測(cè)器、背景探測(cè)器的光變和10-300 keV的動(dòng)態(tài)能譜圖（上），峰值期間的HXI 25-30 keV硬X射線源（等值線）疊加在SDO/AIA 1700 ?圖像上（下）。

此次發(fā)布的圖像經(jīng)過(guò)了多方比對(duì)并經(jīng)后續(xù)觀測(cè)反復(fù)確認(rèn)，是我國(guó)首次獲得太陽(yáng)硬X射線圖像，也是目前國(guó)際上地球視角唯一的太陽(yáng)硬X射線像，其圖像質(zhì)量達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。

附：HXI成像原理

HXI由3臺(tái)結(jié)構(gòu)上獨(dú)立的單機(jī)組成: 準(zhǔn)直器、量能器以及電控箱，它們可分別類比于相機(jī)中的鏡頭、CCD和控制系統(tǒng)。

HXI結(jié)構(gòu)圖

當(dāng)X射線照射HXI準(zhǔn)直器時(shí)，一部分光子透過(guò)金屬鎢光柵（用對(duì)X光吸收率較高的材料制成的柵格狀擋板）間的狹縫進(jìn)入探測(cè)器，一部分光子由于光柵的阻擋而無(wú)法被探測(cè)器探測(cè)到。隨著光子入射方向的改變, 它們?cè)谔綔y(cè)器上的透過(guò)率將會(huì)發(fā)生變化，并且呈現(xiàn)周期性的三角波函數(shù)。

HXI成像原理示意圖。

為了獲得太陽(yáng)源區(qū)的硬X射線圖像，HXI使用了多達(dá)91個(gè)子準(zhǔn)直器，它們具有不同的節(jié)距和角度組合。我們通過(guò)綜合解讀每個(gè)探測(cè)器的計(jì)數(shù)，利用它們之間的相互關(guān)系來(lái)獲得圖像。

HXI探測(cè)器就像一只高科技復(fù)眼，其中不同節(jié)距不同擺放角的光柵就好比許多大小迥異的鏡筒，各司其職，有的擅長(zhǎng)看大輪廓，有的擅長(zhǎng)看小細(xì)節(jié)，把它們都綜合起來(lái)，就是一組強(qiáng)大的觀測(cè)陣列。

實(shí)拍圖。HXI共加工了超過(guò)3400片鎢光柵，每片光柵上具有成千上萬(wàn)的狹縫。

每一對(duì)子準(zhǔn)直器的計(jì)數(shù)是來(lái)自太陽(yáng)平面所有位置的共同貢獻(xiàn)。那么反過(guò)來(lái)，通過(guò)一對(duì)正弦和余弦子準(zhǔn)直器的計(jì)數(shù)，我們可得到一個(gè)傅里葉分量，利用HXI上91個(gè)探測(cè)器得到的傅立葉分量，進(jìn)行傅立葉逆變換，將得到太陽(yáng)平面的X射線強(qiáng)度分布。

輪值主編：朱聽(tīng)雷

編輯：王科超