小龙虾这辈子也没想到自己对天文学有这么大的作用-基于龙虾眼的X射线天文学
掠入射X射线空间望远镜在天体物理学研究中至关重要，这些望远镜的工作能量通常在100 eV到10 keV之间。旋转对称的Wolter镜光学系统至今仍被广泛使用，它能够以大约1°的视场进行X射线成像，但这类系统的缺点是观测角度小，无法实时监测天空。解决这个问题的一个方法是使用龙虾眼光学系统的小型卫星(CubeSat)，它可以确认观测目标的坐标或者监测宇宙中的瞬时辐射。
龙虾眼透镜也是一种掠入射光学装置，主要优点是大视场，原则上可以达到全角度，并且有效地提高探测微弱信号的灵敏度。它使用一组与球面垂直排列的方形截面通道，以聚焦入射光，模仿了长体甲壳动物(如龙虾和小龙虾)的眼睛结构。光子可以从一个或多个通道壁反射并传播到球形成像表面，也可以直接通过通道壁，也可以被通道壁吸收。
目前有两种常见的龙虾眼制造方式，一种是利用MCP技术(Angel型)，但MCP是作为平板生产的，需要额外的处理来创建所需的曲率，这降低了透镜的成像质量。另一种是平面MTO技术(Schmidt型)，把非常薄和精确定位的金属镀在玻璃或Si衬底上，不需要额外增加曲率但通道间距更大。由于金属对X射线的反射率非常低，除了掠入射时，大部分光子会被吸收。通常龙虾眼透镜需要非常高的深宽比。例如，由镍构成的透镜将有效聚焦6 keV的X射线光子，大约137:1的深宽比。
RITE和ADVACAM的合作开发 VZLUSAT-1
2017年6月由捷克航空航天中心主导的2U立方星VZLUSAT-1发射，卫星载荷包含了一个微型X射线天文望远镜。光学系统是Schmidt型1D平面龙虾眼透镜，具有3°的视场，由捷克Rigaku Innovative Technologies Europe s.r.o.（RITE）公司提供。焦平面的成像探测器是带有300um Si传感器的Timepix探测器，能对3-60 keV的X射线成像，由捷克ADVACAM s.r.o.公司提供。由于这项技术从未在低地球轨道上使用过，因此选择了明亮的X射线辐射源—太阳，进行成像测试和技术演示。如果任务成功，更多的望远镜将会紧随其后，具有更大的光学系统，更高的灵敏度和更好的角分辨率。
2017年9月VZLUSAT-1观测到了近10年来最强的日冕物质抛射事件—太阳耀斑X9.2。将X9.2事件前后3段时间进行对比，此事件引起了远离极地和SAA以及美洲中部上空的辐射强度增加，即使在事件发生几天后仍可观察到。此外，增加的辐射成分表明重带电粒子(质子)强度的增加。VZLUSAT-1自在轨以来，还为近地轨道的环境和辐射研究采集了大量有价值的数据。
VZLUSAT-2
由于VZLUSAT-1的成功，2022年1月3U立方星VZLUSAT-2发射。RITE和Advacam继续合作研发了光学望远镜系统，由分段2D龙虾眼透镜耦合到配备了2000um CdTe传感器的Timepix探测器。此望远镜旨在对来自天体和大气的高能瞬时辐射进行观测(地球伽玛闪或伽玛射线暴)，能对5-500 keV的X射线或伽玛射线进行高分辨率和高灵敏度成像，并提供60°的大视场。目前，VZLUSAT-2已经运行了一年，收集了足够多的数据来绘制地球辐射地图，并且观测到多个宇宙瞬时辐射。值得一提的是，如此低成本的立方星可以提供和价值高达1亿欧元的卫星一样的辐射地图信息。
由VZLUSAT-2收集到的数据绘制的地球辐射图
相关阅读
以创新为先导，聚焦EUV极紫外/X射线光学器件的研发- 捷克RITE
纳米卫星 VZLUSAT-2 发射，ADVACAM小型探测器开始新的宇宙探险
参考文献：
1. Sveda, L., et al. "Lobster eye: technology and imaging properties." EUV and X-Ray Optics: Synergy between Laboratory and Space. Vol. 7360. SPIE, 2009.
2. Barbour, Samuel, and Daniel A. Erwin. "Comparison of focal properties of square-channel and meridional lobster-eye lenses." JOSA A 31.12 (2014): 2584-2592.
3. Pina, L., et al. "Current developments and tests of small x-ray optical systems for space applications." EUV and X-ray Optics: Synergy between Laboratory and Space V. Vol. 10235. SPIE, 2017.
4. Urban, Martin, et al. "VZLUSAT-1: Nanosatellite with miniature lobster eye X-ray telescope and qualification of the radiation shielding composite for space application." Acta Astronautica 140 (2017): 96-104.
5. Baca, Tomas, et al. "Timepix in LEO orbit onboard the VZLUSAT-1 nanosatellite: 1-year of space radiation dosimetry measurements." Journal of Instrumentation 13.11 (2018): C11010.
6. Granja, Carlos, et al. "Directional-Sensitive X-ray/Gamma-ray Imager on Board the VZLUSAT-2 CubeSat for Wide Field-of-View Observation of GRBs in Low Earth Orbit." Universe 8.4 (2022): 241.
免责申明
此篇公众号文章内容（含图片）均来源于网络。文章版权及观点归原作者所有，北京众星联恒科技有限公司发布及转载目的在于传递更多行业资讯与网络分享。
若您认为本文存在侵权之处，请联系我们，我们会在第一时间处理。如有任何疑问，欢迎您随时与我们联系。