太阳硬X射线成像望远镜模拟研究

调制准直器型太阳硬X射线成像望远镜是目前较为通用的太阳观测设备.空间调制望远镜是基于中心轴不旋转的望远镜,适用于3轴稳定的卫星.针对我国可能的太阳观测计划,给出并比较了两组空间调制望远镜的配置方案,然后利用GEANT4高能物理通用软件模拟实际光子的计数情况,使用MATLAB实现图像重建.比较模拟光子计数得到的重建图与几...     

准直型空间X射线望远镜本底研究概述

以准直型空间探测器的本底估算为主要内容,结合我国在研的硬X射线调制望远镜,介绍了轨道环境对望远镜本底水平的影响,总结了空间望远镜常用的本底估算方法和硬X射线调制望远镜将考虑的本底估算方法。最后结合硬X射线调制望远镜研制工作,简要阐述了本底模拟流程和本底分析结果。     

针对ASO-S/HXI光栅摆放角分布的测试与分析

先进天基太阳天文台(ASO-S)卫星的3大载荷之一硬X射线成像仪(Hard X-ray Imager, HXI)是一套基于傅立叶变换调制成像技术的望远镜.它利用91组不同摆放角和节距的光栅子准直器排列摆布,获得45个基于空间调制的傅立叶变换对,重建太阳耀斑源30–200 keV的硬X射线像,最高分辨率可达3.1′′.在光栅节距已经确定的前提下,它的摆放角分布仍会影响成像质量.通过对HXI仪器傅立叶分量μν分布与点扩散函数(PSF)的空间演化关系分析研究,寻求HXI光栅摆放角的最优分布.其结果将作为改进HXI仪器设计和开发相应科学分析软件的依据.     

空间硬X射线望远镜HAPI-1及其对蟹状星云脉冲星的观测

HAPI-1是我国第一个用于空间高能天文观测的硬X射线望远镜系统,由面积145cm~2厚0.5cm的CsI(T1)主探测晶体及其下部厚5cm的NaI(T1)反符合晶体构成复合晶体探测器,采用脉冲形状甄别技术区分两种晶体的输出信号,多种物质构成的夹层式屏蔽筒和准直器使望远镜具有约4°视场角(HWHM),电子学、姿态控制和数据获取系统使望远镜具有对20—200keV能区高能光子到达时刻和能量进行空间定向观测的能力。本文介绍HAPI-1的构成和主要性能,以及1984年5月利用该望远镜在我国高空科学气球上对蟹状星云脉冲星的观测结果。     

空间太阳硬X射线成像仪量能器读出电子学设计

先进天基太阳天文台(ASO-S)是中国科学院空间科学先导专项2期规划的太阳观测卫星,其针对第25个太阳活动峰年,同时观测太阳磁场、日冕物质抛射和太阳耀斑爆发.硬X射线成像仪(HXI)作为该卫星3个科学载荷之一,实现了高时间分辨率和空间分辨率的太阳硬X射线成像观测,其量能器由99套溴化镧闪烁晶体-光电倍增管探测单元和读出电子学板构成,实现了30–200 keV的硬X射线光子能谱测量.针对HXI量能器的观测需求,设计了一套空间高事例率读出电子学系统,并通过实验室测试,证明了该系统单事例读出死时间小于2μs,同时验证了该系统电子学噪声小于120 fC,积分非线性小于2%,满足HXI仪器要求.     

ASO-S卫星HXI量能器探测单元的标定

先进天基太阳天文台卫星(Advanced Space-based Solar Observatory, ASO-S)是中国科学院第2批空间科学先导专项之一,其主要目标是同时观测太阳磁场、耀斑和日冕物质抛射,并对3者之间的相互关系和内在联系进行研究.硬X射线成像仪(HXI)是ASOS卫星的3大载荷之一,它通过对太阳活动发射的硬X射线进行傅里叶调制成像,实现高空间分辨率和高时间分辨率的太阳能谱成像观测.量能器单机是HXI的关键单机之一,其主要任务是精准测量通过每对光栅后太阳硬X射线的能量和通量.主要介绍了量能器单机的工作原理及其关键指标要求、标定设备及标定方案,最后给出了标定结果,从而验证了量能器单机方案设计的合理性.     

成像硬X射线望远镜在美国和欧洲的发展

硬X射线能带 (2 0KeV～ 1MeV)是我们了解天体物理中高能辐射过程的一个好窗口。成像硬X射线望远镜可以提供更好的分辨率和灵敏度来研究硬X射线天体物理学。本文介绍了成像硬X射线望远镜在美国和欧洲的发展 ,这包括 :1 )EXITE2 ,由美国哈佛———史密松林天体物理中心设计和运行的一个光电开关成像硬X射线望远镜 ;2 )EXIST ,一个成像硬X射线全天巡天望远镜 ,将于 2 0 1 0年由ULDB (EXIST -LINE)或国际空间站 (EXIST -ISS)承载 ;3)HERO ,由NASA/MSFC建造的一个新的硬X射线光学仪器。     

应用X射线源的航天器姿态测量

在介绍X射线源和X射线探测器、准直器的基础上,重点描述了应用X射线源测量航天器姿态参数的原理和方法。对X射线星扫描仪的结构、扫描观测X射线源方法和矩形准直器响应函数等做了介绍,较详细地论述了应用单准直器X射线星扫描仪和差分准直器X射线星扫描仪确定航天器姿态参数的测量模型,并进行了二者间的比较和分析。简单讨论了X射线星扫描仪测量建模和应用测量模型拟合航天器姿态参数的算法问题。最后,对采用编码孔径系统确定航天器姿态参数的方法做了概括性介绍。     

成像硬X射线望远镜在美国和欧洲的发展

硬X射线能带（20KeV-1MeV)是我们了解天体物理中高能辐射过程的一个好窗口。成像硬X射线望远镜可以提供更好的分辨率和灵敏度来研究硬X射线天体物理学。本文介绍了成像硬X射线望远镜在美国和欧洲的发展，这包括：1）EXITE2，由美国哈佛－史密松林天体物理中心设计和运行的一个光电开关成像硬X射线望远镜；2）EXIST，一个成像硬X射线全天巡天望远镜，将于2010年由ULDB（EXIST－LINE）或国际空间站（EXIST－ISS）承载；3）HERO，由NASA／MSFC建造的一个新的硬X射线光学仪器。     

一种天文卫星数据预处理方法

天文卫星获取的数据需要经过一系列操作生成可以发布给科学用户的数据产品,数据预处理是其中比较重要的环节,它是数据发布的基础。以硬X射线调制望远镜卫星的中能X射线望远镜及天宫二号上伽玛暴偏振探测仪为例,详细介绍了数据的预处理步骤和方法。提出了一套数据预处理的步骤,并给出数据解析的策略和时间计算方法等,这对中国天文卫星数据处理系统的研制具有参考意义。     

一种低噪声硅微条探测器读出电子学系统的设计

硅微条探测器空间分辨率高、工作性能稳定, 广泛地应用于空间高能粒子探测领域. 如费米gamma射线空间望远镜(Fermi Gamma-ray Space Telescope, FGST)以及阿尔法磁谱仪(Alpha Magnetic Spectrometer 2, AMS-02)的径迹探测器中都采用了高位置分辨率的硅微条探测器. 基于硅微条探测器在空间观测领域的应用前景, 针对硅微条探测器单元设计了一套低噪声的电子学读出系统. 整个电子学系统分为前端电子学、数据获取电路和上位机软件. 前端电子学为提高集成度, 采用了一款电荷读出芯片VATAGP8, 实现了多通道、低噪声的电荷信号测量; 数据获取电路使用现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)实现了对前端电子学的时序控制以及对测量信号的采集控制; 上位机用来接收、处理数据获取电路采集的信号数据. 在对电子学通道的线性、基线、噪声等性能进行测试之后, 得到系统在0--200fC电荷输入范围内的线性增益约为13.41bin/fC, 积分非线性小于1%, 噪声小于0.093fC. 为了验证电子学读出系统对硅微条探测器单元的读出能力, 将两者集成在一起并测试了宇宙线缪子的能量沉积, 得到读出电子学系统的信噪比大于32, 缪子的电离损失能谱与Landau-Gaussian分布符合较好, 能够满足硅微条探测器单元读出电子学的设计要求.     

早期的X射线天文学

之前的本系列文章中,主要介绍了紫外一光学一红外波段的空间望远镜,从本期开始将把目光转移到高能电磁波段,首先介绍的是X射线波段的天文卫星。     

空间硬X射线探测器的本底抑制

空间硬X射线探测器的本底是影响其性能的关键因素，其成分比较复杂，讨论本底抑制的几种方法，并对常用的几种屏蔽材料通过实验和计算进行比较，给出实验了结果。     

我国首次对蟹状星云及其脉冲星硬X射线观测成功

1984年5月23日,我们用自己研制的HAPI-1硬X射线望远镜,在高空气球上对蟹状星云及其脉冲星辐射的高能X射线进行了观测。 HAPI-1望远镜的主体部分是一个由碘化钠和碘化铯组成的复合晶体探测器。直径15cm,主晶体CsI(T1)厚0.5cm,下置5cm厚的NaI(T1),用来屏蔽大气反照γ射线背景和抑制康普顿散射成分。两个晶体中的信号进入同一个光电倍增管,经脉冲形状甄别电路后被分开。再经数据获取电路,便可得一组CsI·NaI     

空间太阳望远镜高速数据传输系统

“空间太阳望远镜”是中国的一项非常重要的天文卫星计划。卫星上将搭载 5个有效载荷 ,在可见光、远紫外、硬X射线、软X射线、Hα和射电波段同时观测太阳 ,其中的主光学望远镜口径达 1m。各有效载荷的CCD器件和其它敏感器件每天采集的科学数据量经过预处理后达 50Gbytes,再由数据压缩系统压缩至 8Gbytes,并储存在海量存储器中。如此庞大的数据量要求空间太阳望远镜的科学数据传输系统以高达 60Mbps的码速率向地面站传送。本文所有的工作均围绕着空间太阳望远镜高速数据传输系统展开 :1 .根据空间太阳望远镜的需求 ,综合研究、分析了它的科学数据传输系统的性能指标和特点 ,并作总体的方案设计 ;2 .设计开发了科学数据传输系统的信道编码和信道解码单元。信道编码单元将把海量存储器中的数据转换为适于QPSK射频调制格式化的串行数据流 ,信道解码单元实现相反的过程 ,文中详细给出了信道编码系统的原理、方法和实验结果。设计中引入了新的设计思想和方法 ,通信协议与现有地面站兼容 ;3 .完成了信道编码、解码环路的地面试验 ,结果表明信道编码、解码系统的技术指标完全符合空间太阳望远镜的要求。在理想无噪声条件下 ,闭环试验数据传输结果无误码 ,数据传输率达 60Mbps,是目前国内科学数据传输系统码速率     

BATSEγ射线暴和太阳硬X射线暴的强度和时间特征

本文研究了CGRO卫星上BATSE探测器对硬X天空监测过程中触发和记录到的1 0 0 0多个γ暴和 40 0 0多个太阳硬X射线暴的强度和时间性质 ,发现它们的强度分布相似 ,这也许意味着硬X射线天空中两种主要的爆发现象机制相似 ,同时对将γ暴的强度分布作为其宇宙学起源的证据提出了疑问 .对太阳暴的持续时间分析表明 ,其强度和持续时间呈正相关 ,而γ暴是弱负相关 .太阳暴的强度和持续时间在BATSE运行过程中有长时标变化 ,最近对γ暴的研究也发现了这种现象     

天鹅座X-1硬X射线的能量谱

1985年9月22日,我们用空间硬X射线望远镜HAPI-2,在我国的高空气球上,对天鹅座X-1进行了观测,望远镜几何面积为140cm~2,观测能区20—200keV,空间定向精度±0.2°。获得的硬X射线能谱陡,总辐射能流LX～1.0×1~(37)erg/sec,低于常规态。本文将介绍望远镜的性能和观测过程,能谱分析的结果,并对当时天鹅座X-1可能的“态”进行讨论。     

宇宙信息

十年来发现的首个新软γ射线再现源 2008年8月22日美国宇航局的雨燕γ射线暴探测器探测到了来自一颗强磁星爆发所产生的X射线,仅仅12个小时之后,欧洲空间局的牛顿X射线多镜面望远镜就对准了这一目标,开始对它进行详细地分光观测。     

差分CLEAN算法在编码板成像中的应用

编码板多用于硬X射线及更高能量波段的天文成像.采用交叉相关算法对编码板图像进行重建时会产生鬼像,成像质量不高.采用CLEAN算法可以有效消除鬼像,但该算法仍然无法抑制由不等间隔采样和数据缺失引入的误差.采用差分CLEAN算法对编码板图像进行重建.该算法直接在探测器数据空间进行处理,由模型数据推算出探测器上各点的数值,无需对数据进行插值等操作,能够规避上述问题,提高成像质量.选用理想点源数据加入了泊松噪声和人造坏数据点进行了模拟重建,结果显示差分CLEAN算法能够得到比CLEAN算法更低的噪声水平和更接近真实值的点源强度.IBIS是INTEGRAL卫星上的主要编码板成像设备,目前已经有大量损坏的探测器单元.用差分CLEAN算法对IBIS望远镜的数据进行了处理,与INTEGRAL标准处理软件OSA采用的CLEAN算法相比也得到了噪声水平更低的结果.     

空间硬X射线探测器的本底分析及估算

目前空间天文已取得了全波段的发展,但在大于２５Ｋｅｖ的硬Ｘ射线波段进展缓慢,这是因为大多数宇宙Ｘ射线源的能谱较陡,在该波段的流量较小,另一个关键因素是用于该波段的探测器的本底计数太高。本文对空间硬Ｘ射线探测器的本底组成及估算方法进行了分析和讨论。