最新測試表明，超薄、輕便的x射線鏡可以滿足下一代x射線天文臺的嚴格成像要求，這種材料通常用于制造計算機芯片。

因此，威爾·張和馬里蘭州格林貝爾特美國宇航局戈達德太空飛行中心的團隊，正在開發(fā)x射線鏡技術，已被確定為概念Lynx x射線天文臺設計參考任務的基礎，這是科學家們在《天體物理學2020年十年調(diào)查》中審查的四項有價值潛在任務之一。如果被選中并最終在本世紀30年代發(fā)射，Lynx將攜帶著數(shù)以萬計張的反射鏡片。

這將使靈敏度比美國宇航局錢德拉x射線天文臺和歐洲航天局的高級高能天體物理望遠鏡(雅典娜)高出兩個數(shù)量級。錢德拉在1999年推出時，自身的能力也有了重大飛躍。它可以觀測x射線源（爆炸的恒星、星系團和黑洞周圍的物質(zhì)）比以前的x射線望遠鏡觀測能力強100倍。在另一項進展中，研究團隊獲得了一個在2021年發(fā)射探測火箭的短期飛行機會，這將是該技術在太空中的首次展示。

七年的開發(fā)工作

研發(fā)這種新型光學材料的努力始于7年前，當時威爾·張開始用單晶硅進行實驗，這種單晶硅以前從未用于制作x射線鏡。這些特別制作的光學元件必須彎曲并嵌套在一個圓柱形的容器內(nèi)，這樣高能的x射線光子才能擦過它們的表面，并偏轉到天文臺的儀器上，而不是穿過儀器。目標是在不犧牲質(zhì)量的前提下，開發(fā)出易復制、重量輕、超薄的鏡子。所做的是從科學角度和經(jīng)驗上證明，這些光學元件可以用一種廉價、大量可用的材料制成。

這種材料不受內(nèi)應力的影響，而內(nèi)應力會改變由玻璃制成的x射線鏡形狀，玻璃是更傳統(tǒng)的鏡子制作材料。由美國宇航局委托的40名專家組成的小組進行評估認為，威爾·張的光學系統(tǒng)由易碎、高度穩(wěn)定的硅材料制成，其成像質(zhì)量可以與錢德拉上四對更大更重的鏡子媲美。該小組還認為，其他兩項技術（全殼鏡和可調(diào)光學）能夠滿足概念Lynx天文臺的要求。

威爾·張的反光鏡不僅能提供0.5弧秒的分辨率(相當于超高清電視的圖像質(zhì)量)，還能滿足低質(zhì)量要求，重量和厚度是錢德拉太空望遠鏡的五十分之一倍。這意味著未來天文臺可以攜帶更多的鏡子，從而創(chuàng)造出一個更大的收集區(qū)域來捕捉宇宙中高能現(xiàn)象發(fā)出的x射線。

困難的部分開始了

但是研究團隊離放飛光學系統(tǒng)還有很遠很遠的距離。工程團隊現(xiàn)在必須弄清楚如何將這些脆弱的鏡子碎片粘在罐子里，罐子在火箭發(fā)射時保護整個鏡子組件，并保持它們的嵌套對齊。所以有很多事情要做，但沒有很多時間，這現(xiàn)在是一個工程上的挑戰(zhàn)。時間是至關重要的，再過兩年，研究團隊就必須把一個288段的反射鏡組件交給賓西法尼亞州立大學教授蘭德爾·姆森特費爾(Randall McEntaffer)。

除了鏡子，還將攜帶一臺大學研發(fā)的光譜儀，該光譜儀配備了下一代x射線衍射光柵，用于將x射線分解成其組成部分的顏色或波長，以揭示物體的溫度、化學成分和其他物理特性。這一任務將有助于確定該團隊的設計是否能夠保護脆弱反射鏡巢不受極端發(fā)射力量的影響。

其他機會

展望了團隊光學的光明未來，即使Lynx在2020年的十年調(diào)查中沒有被選中進行開發(fā)，其他擬議的任務也可能受益，其中包括兩個x射線天文臺，目前正在作為潛在的天體物理學探測級任務進行研究，另一個正在被日本考慮。

五年前，人們說這是不可能的，但我們證明了我們的想法，研究團隊非常感謝戈達德的內(nèi)部研發(fā)項目為我們提供了種子基金，沒有它，也不可能做到這一點。

博科園｜研究/來自：美國宇航局戈達德太空飛行中心

博科園｜科學、科技、科研、科普

關注【博科園】看更多大美宇宙科學