“龍蝦之眼”聚焦太空X射線

美國太空總署最近有一項有趣的太空計畫，稱為「龍蝦眼」X射線，能不間斷觀測太空「重力波」特殊計畫^註1。人們的視覺是光線透過眼睛的水晶體折射聚焦成像；光線經過凸透鏡有直射、反射、透射、漫射和折射等多種路徑。然而，龍蝦對光線敏感，喜歡生活在幾乎沒有光的洞穴裡，為了適應環境，龍蝦的眼睛具有非常特殊的視覺構造「正方形通道的蜂窩結構」，如封面圖。

國家太空中心黃正中研究員

國際上衛星所搭載的酬載或設備，可以說五花八門，匯集了基礎科學與科技之大成，包括「大腸桿菌抗菌衛星任務」、利用來自太陽的輻射光壓的「風帆衛星」或「太空礦源探勘」等等；本文將介紹一個有趣的仿龍蝦之眼的酬載，用來偵測太空X射線。

光線進入龍蝦眼通道後匯集成像，使龍蝦能在微弱的光線環境中“看見”；龍蝦眼睛系統的優點是視角廣，具有令人驚嘆的180°視野，因此仿龍蝦眼的太空酬載，以前所未有的靈敏度接收X射線，進行連續的太空監測。

X射線和可見光一樣都是電磁波，有些材料會吸收X射線，有些則將它反射回去，還有一些材料會使X射線透過時產生折射，也就是令X射線的射出角度與入射角不同。

天文學家很早就發現宇宙充斥著X射線，但X射線容易被地球大氣層吸收，在地面上不容易偵測到宇宙X射線，因此X射線儀器必須由高空氣球，探空火箭或人造衛星帶到高空觀測。此外X射線電磁波會直接穿透凸透鏡無法聚焦，所以無法使用一般使用凸透鏡的光學相機觀測；仿龍蝦眼睛的正方形通道的蜂窩結構，可以蒐集進入正方形通道的X射線顯影成像。

用X射線來探索宇宙的起源

天文學家觀察到黑洞重力極端強大，以至於沒有粒子，甚至電磁輻射，像是光都無法逃逸。但是黑洞旁邊的恆星，被黑洞強力吸引之下，被吸入物質因黑洞引力帶來的加速度，物質摩擦導致高熱而放出X射線；科學家利用這一種現象，從太空中偵測X光射線，找出黑洞的位置。此外，很多球狀星團被觀察到為X射線源，且其X射線輻射主要來自其中心部位^註2；X射線還可以用來探索重力波之天文現象，一個新的前瞻研究領域，用來探索宇宙的起源。

錢德拉(Chandra)望遠鏡

美國太空總署所發射的錢德拉(Chandra) X射線望遠鏡^註3於1999年發射升空至今已屆滿20年；當物質加熱到數百萬度時，在宇宙中會產生X射線，科學家用錢德拉探索宇宙中爆炸的恆星，星系團以及黑洞周圍的物質，將所接收到的訊息製作和分析宇宙起源，並製作的非常詳細的圖像或光譜。

▲ 錢德拉(Chandra)望遠鏡 (美國太空總署網站:https://www.nasa.gov/mission_pages/chandra/astronomy/index.html )

立方衛星的新任務

由於錢德拉望遠鏡已經運作了20年已經逐漸老化，拜科技的進步，觀測衛星酬載仿龍蝦眼睛的的系統設計、電力、通訊、熱控，以及重量限制，以及製造，組裝，測試等，已經可以做到小型化，龍蝦眼酬載可以取代錢德拉望遠鏡部分的功能，並搭載在立方衛星上。

國際上許多研究單位投入搭載龍蝦眼立方衛星研究，例如美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室以及澳洲墨爾本大學合作的太空計畫，捷克太空總署的第一顆VZLUSAT-1具有龍蝦眼（LE）光學元件的新型微型X射線望遠鏡衛星^註4、香港大學第一顆LSR衛星^註5,6在附近巨大的星系團中尋找暗物質，科技日報最近報導中國清華團隊將利用微小衛星進行天文軟X射線偏振探測^註7。