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DeepTech深科技停滞40余年！今清华团队领衔，实现史上第二次天体X射线偏振测量


DeepTech深科技停滞40余年！今清华团队领衔，实现史上第二次天体X射线偏振测量
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5 月 11 日 ， 由清华大学主导的空间天文项目 “极光计划” 成果 ， 刊登在了最新一期的《自然 · 天文》上 。 该期刊是天文与天体物理领域的顶尖期刊 ， 影响因子为 10.5 。
在研究中 ， 清华大学天文系教授冯骅课题组与合作者通过发射小卫星 ， 成功运行了近半个世纪以来第一个专门的空间软 X 射线偏振探测器 。 并且 ， 在经过以 “年” 为单位的长期观测后 ， X 射线偏振探测器探测到来自蟹状星云及脉冲星的信号 ， 并首次发现了脉冲星自转突变和恢复过程中 X 射线偏振信号的变化 ， 说明在此过程中脉冲星磁场发生了变化 。
探测结果也标志着 ， 由于技术困难停滞了40 多年的天文软 X 射线偏振探测窗口重新开启 。
中科院高能所粒子天体物理中心主任张双南研究员评价称：“极光计划发展了最先进的 X 射线偏振测量技术 ， 实现了历史上仅有的第二次天体 X 射线偏振测量 。 这不但验证了 40 多年前的第一次测量结果的正确性 ， 而且还很有可能发现了一个极具科学价值的新现象 ， 这有助于理解中子星的内部结构以及自转变化如何影响其外部磁场 。 ”
DeepTech深科技停滞40余年！今清华团队领衔，实现史上第二次天体X射线偏振测量
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【DeepTech深科技停滞40余年！今清华团队领衔，实现史上第二次天体X射线偏振测量】

X 射线偏振探测：看宇宙中的 3D 场景
天文学是一门观测驱动的科学 ， 天文学的发展在很大程度上依赖新的观测方法和手段 。 新的观测手段往往是人类观测天文现象的全新感官 ， “极光计划”所使用的 X 射线偏振探测器就属于这样一个新手段 。
偏振和波长（颜色）一样 ， 其实都是光的一个基本属性 ， 平时我们听的不多 ， 但实际生活中也并不少见 ， 比如在看 3D 电影时 ， 佩戴的眼镜其实就是一个偏振的滤光片 。
不戴偏振眼镜时 ， 荧幕上会有重影 ， 而戴了偏振眼镜之后 ， 偏振的滤光片会让一部分的影像进入左眼 ， 让另一部分进入右眼 ， 从而在大脑里制造一个 3D 的效果 ， 这是一个很典型的应用场景 。
不过这些偏振都是在可见光的波段 ， 肉眼能够直接看到这些光线 ， 而 X 射线则是不可见光 。
X 射线偏振在天文观测领域具有着重要作用 。冯骅表示 ， “黑洞、中子星这类非常极端的天体虽然光学辐射很弱 ， 却是很强烈的 X 射线辐射体 。 利用 X 射线偏振测量 ， 我们能够获得高能辐射区域磁场方位、天体的几何对称性 ， 从而进一步理解与黑洞、中子星等密切相关的天文现象的物理过程发生机制 ， 对高能天体物理而言意义重大 。
冯骅进一步解释称 ， 对天体研究来说 ， 磁场分布情况是一个很重要的信息 ， 通过 X 射线偏振 ， 我们可以非常有效地测量天体究竟是一致的磁场 ， 还是紊乱的磁场；另外 ， 它可以帮助解决天体的几何对称性问题 ， 例如 ， 我们可以很轻易地分辨出眼前的足球是球形对称 ， 而橄榄球不是 ， 这是因为距离很近 ， 而当一个半径只有十公里的中子星在距离我们几万到几十万光年的尺度上时 ， 这个中子星即使用最先进的光学望远镜观测 ， 都只是一个点 ， 无法分辨其形状 。
也就是说 ， 通过偏振光 ， 天文学家能够更加轻易解析天体的形状是怎样的 ， 是否对称等问题 。 这也是其科学价值的体现 。
由于 X 射线波长非常短 ， 不存在像可见光偏振片那样合适的滤镜 ， X 射线偏振的测量变得极其困难 。
于是 ， 早在 1968 年 ， 美国科学家就率先开展了天文 X 射线偏振探测 ， 并在 1971 年发射的探空火箭上完成了 247 秒的曝光 ， 第一次发现蟹状星云的 X 射线辐射可能具有高度线偏振 ， 并在 1975 年上天的 OSO-8 卫星上完成了首次精确测量 。


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