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X射线成像和光谱任务

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X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission（X線分光撮像衛星）
名称XRISM
ASTRO-H Successor
ASTRO-H2
XARM
任务类型X射线天文学
运营方JAXA
国际卫星标识符2023-137A
卫星目录序号57800在维基数据编辑
网站xrism.isas.jaxa.jp/en
任务时长3年（计划）
航天器属性
航天器类型ASTRO
平台ASTRO-H
发射质量2,300千克（5,100磅）
任务开始
发射日期2023年9月7日[1]
运载火箭H-IIA 202
发射场种子岛宇宙中心
承包方三菱重工业
轨道参数
参照系地心轨道（计划）
轨域低地球轨道
近gee点550公里
远gee点550公里
倾角31.0°
周期96.0分钟
主望远镜
名称软X射线望远镜
口径45 cm（18英寸） [2]
焦距5.6米（18英尺）
← Hitomi（ASTRO-H）

X射线成像和光谱任务（XRISM，发音为crism），前身为 X射线天文恢复任务（ XARM），是日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）的X射线天文学卫星，旨在研究宇宙的形成结构，和来自星系与活跃星系核流出物与暗物质方面提供突破[3][4]。作为目前唯一的国际X射线天文台专案，“XRISM”将在做为X射线天文学领域的下一代太空望远镜上发挥作用，类似于詹姆斯·韦伯太空望远镜、费米太空望远镜和阿塔卡玛大型毫米及次毫米波阵列（ALMA）天文台被放置在各自的领域[2][5]。该任务是避免目前X射线望远镜之间潜在观测周期间隙的权宜之计（钱卓拉、XMM-牛顿）和未来的那些（先进高能天体物理学望远镜（雅典娜号）、天猫X射线天文台（英语：Lynx X-ray Observatory））。由于Hitomi的丢失，如果没有XRISM，X射线天文学可能会出现20世纪20年代初的空白期[2][5]。在其制定过程中，XRISM/XARM也被称为" ASTRO-H继任者"或"ASTRO-H2"。

概述

XRISM是以ASTRO-H为基础的任务

随着朱雀号在2015年9月退休，以及钱德拉X射线天文台和XMM-牛顿卫星上的探测器运行超过15年并逐渐老化，以及ASTRO-H（Hitomi）的失败，意味着直到2035年雅典娜号发射之前，X射线天文学家在软X射线观测方面将有13年的空白期[Note 1][2][5][6]。 这可能给国际社会造成重大挫折[7]，与20世纪20年代初一样，詹姆斯·韦伯太空望远镜和30米望远镜等大型天文台进行的其它波长研究将开始，而可能没有望远镜可以含盖X射线天文学最重要的部分[2][5]。缺乏新的任务也可能剥夺年轻天文学家从参与项目中获得实践经验的机会[2][5]。除了这些原因之外，被预期为"瞳" 恢复科学动机的结果，成为启动"XRISM"专案的理由。“XRISM”已获得ISAS的研究和管理咨询委员会、日本高能天体物理学协会、NASA天体物理学小组委员会、NASA科学委员会、NASA咨询委员会推荐[5][8]。

计划于 2023 年推出[1]，XRISM 将恢复“瞳”丢失的科学，例如宇宙结构的形成，来自星系/活跃星系核的回馈，以及从恒星到星系团的物质循环历史[4]。这架太空望远镜还将作为欧洲先进高能天体物理学望远镜（雅典娜号）望远镜的科技演示器[6][9][10]。包括美国国家航空航天局和欧洲空间局在内的多个航天机构正在参与此次任务[11]。在日本，该项目由日本宇宙航空研究开发机构的太空和宇宙航行科学研究所（英语：Institute of Space and Astronautical Science）（ISAS）部门领导，美国国家航空航天局的戈达德太空飞行中心（GSFC）领导美国的参与。美国的投资预计将花费约8,000万美元，与"瞳"（"Hitomi"）的投资金额大致相同[12][13]。

相对于"瞳"（"Hitomi"）的更改

X射线成像和光谱任务将是ISAS首批设立单独专案经理（PM）和主要研究员（PI）的项目之一。这项措施是ISAS专案管理改革的一部分，目的是防止"瞳"（"Hitomi"）的事故再次发生[5]。在传统的ISAS任务中，PM还负责NASA任务中通常分配给PI的任务。

GSFC的一个天文学家团队建议将"XRISM"卫星与含有放射源的源卫星配对。"XRISM"将观测源卫星，对其望远镜进行绝对校准，从而起到在轨X射线"标准烛光"的作用。凭借其广阔的有效面积，该望远镜可以通过观测恒定的天体来源，在天空中建立几个标准烛光。如果这一概念被证明是成功的，那么像雅典娜和天猫这些的后续任务可能会有自己的源卫星[14]。

虽然"瞳"有一系列从软X射线到软伽马射线的仪表，但"XRISM"将聚焦于Resolve仪表（相当于"瞳"的SXS）[15]，以及对Resolve具有高亲和力的Xtend（SXI）[16]。硬X射线望远镜的取消是基于美国国家航空航天暨国家航空航天局NuSTAR卫星的发射，这一发展在NeXT提案最初制定时没有被考虑在内[17][Note 2]。NuSTAR的空间和能量分辩率类似于"瞳"的硬X射线仪表[17]。一旦"XRISM"开始运作，与NuSTAR的合作观测可能至关重要[4]。同时，注意到了软X射线和硬X射线带宽边界的科学价值；因此，正在考虑陞级"XRISM"的仪表，使其能够进行一部分硬X射线观测[16][17]。此外，还提出了一种能力超过"瞳"的硬X射线望远镜方案[18]。FORCE（Focusing On Relativistic universe and Cosmic Evolution，聚焦于相对论宇宙和宇宙演化）太空望远镜是下一次ISAS竞争性中型任务的候选望远镜。如果被选中，"FORCE"将在20世纪20年代中期后发射，目的是与雅典娜同时进行观测[18][4]。

历史

在"瞳"任务提前终止后，日本宇宙航空研究开发机构于2016年6月14日宣布了重建卫星的提议[19]。前期准备项目团队XARM成立于2016年10月[20] In the U.S. side, formulation began in the summer of 2017.[3]。2017年6月，欧空局宣布他们将参加XRISM，作为一项机遇任务[11]。

仪表

XRISM将携带两台用于研究软X射线能量范围的仪表Resolve和Xtend。该卫星将为每种仪表配备望远镜，SXT-I（成像仪软X射线望远镜）和SXT-S（光谱仪软X射线天文望远镜）[5]。这一对望远镜的焦距为5.6米（18英尺）[2]。

Resolve

Resolve是由美国国家航空航天局和戈达德太空飞行中心开发的X射线微量热量计[21]。因为开发SXS还剩下一些适合太空环境的合格硬件，这些备件可能用于构建Resolve，所以该仪表可能不是"瞳”的SXS的完全再制造[22]。

Xtend

Xtend是一种X射线CCD相机。与Resolve不同，其是"内置打印"版本的前身，Xtend的不同之处在于其能量分辨率是对"瞳"的SXI改进[23]。

相关条目

注解

  1. ^ Saku Tsuneta, director general of ISAS describes ATHENA as being a "super ASTRO-H"
  2. ^ Hitomi/ASTRO-H was known as New X-ray Telescope (NeXT) during its proposal stage

参考资料

  1. ^ 1.0 1.1 Japanese-NASA X-ray Observatory Stands Tall as Testing Begins. NASA. 19 July 2022 [19 July 2022]. （原始内容存档于2023-05-27）. 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 Tsuneta, Saku. Ｘ線天文衛星ASTRO‐H「ひとみ」の後継機の検討について (PDF) (新闻稿). JAXA. July 14, 2016 [1 July 2017]. （原始内容存档 (PDF)于2023-04-06） （日语）. 
  3. ^ 3.0 3.1 Hertz, Paul. Astrophysics (PDF). NASA. 22 June 2017 [1 July 2017]. （原始内容存档 (PDF)于2023-04-05）.  公有领域 本文含有此来源中属于公有领域的内容。
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 4.3 Fujimoto, Ryuichi; Tashiro, Makoto. ASTRO-Hに対する高エネルギーコミュニティの総括と今後の方向性について (PDF). JAXA. 5 January 2017 [1 July 2017]. （原始内容存档 (PDF)于2023-04-05） （日语）. 
  5. ^ 5.0 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 Ｘ線天文衛星代替機の検討状況について (PDF). Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology. 29 September 2016 [1 July 2017]. （原始内容存档 (PDF)于2023-04-06） （日语）. 
  6. ^ 6.0 6.1 ISASニュース 2017.1 No.430 (PDF). Institute of Space and Astronautical Science. 22 January 2017 [23 March 2016]. （原始内容存档 (PDF)于2021-02-15） （日语）. 
  7. ^ Ｘ線天文衛星「ひとみ」の異常事象への対応と代替機の開発について (PDF). Committee on National Space Policy of Japan. 18 August 2016 [1 July 2017]. （原始内容存档 (PDF)于2023-04-06） （日语）. 
  8. ^ Craft, R.; Bautz, M.; Tomsick, J. Probing the Hot and Energetic Universe: X-rays and Astrophysics (PDF). NASA. 29 January 2017 [28 June 2017]. （原始内容存档 (PDF)于2023-04-05）.  公有领域 本文含有此来源中属于公有领域的内容。
  9. ^ Takahashi, Tadayuki. X線天文衛星 ASTRO-Hの衛星概要 (PDF). JAXA. 27 November 2015 [13 July 2017]. （原始内容存档 (PDF)于2023-04-06） （日语）. 
  10. ^ Dotani, Tadayasu. The 1st Athena Science Workshop JAXA Contribution (PDF). Institute of Space and Astronautical Science. 15 June 2011 [24 June 2017]. （原始内容存档 (PDF)于2023-04-06）. 
  11. ^ 11.0 11.1 GRAVITATIONAL WAVE MISSION SELECTED, PLANET-HUNTING MISSION MOVES FORWARD. ESA. 20 June 2017 [24 June 2017]. （原始内容存档于2017-07-09）. 
  12. ^ Foust, Jeff. NASA may build replacement instrument for Japanese astronomy mission. SpaceNews. 21 July 2016 [30 June 2017]. 
  13. ^ 第９回 宇宙科学・探査小委員会 議事要旨 (PDF). Committee on National Space Policy of Japan. 1 November 2016 [30 June 2017]. （原始内容存档 (PDF)于2023-04-06） （日语）. 
  14. ^ Markevitch, M.; Jahoda, K.; Hill, J. Cal X-1: an in-orbit X-ray standard candle (PDF). MIT. 29 March 2017 [30 June 2017]. （原始内容存档 (PDF)于2017-06-29）. 
  15. ^ Tashiro, Makoto; Kelley, Richard. X‐ray Astronomy Recovery Mission XARM (PDF). ESA. 8 June 2017 [5 October 2017]. （原始内容存档 (PDF)于2023-04-05）. 
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  17. ^ 17.0 17.1 17.2 宇宙開発利用部会（第29回）議事録. Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology. 14 July 2016 [2017-07-01]. （原始内容存档于2017-07-09） （日语）. 
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  19. ^ Astrophysics Implementation Plan: 2016 Update (PDF). NASA. 15 December 2017 [1 July 2017]. （原始内容存档 (PDF)于2023-04-05）. 
  20. ^ ISASニュース 2017.6 No.435 (PDF). Institute of Space and Astronautical Science. 23 June 2017 [4 July 2017]. （原始内容存档 (PDF)于2017-07-09） （日语）. 
  21. ^ Missions of Opportunity (MO) in Development – X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission (XRISM) – Resolve. NASA. [9 July 2019]. （原始内容存档于2021-09-06）.  公有领域 本文含有此来源中属于公有领域的内容。
  22. ^ Foust, Jeff. NASA and JAXA begin discussions on aftermath of Hitomi failure. SpaceNews. 13 June 2016 [28 June 2017]. 
  23. ^ X線天文衛星ASTRO-Hのプロジェクト終了について (PDF). Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology. 30 May 2017 [1 July 2017]. （原始内容存档 (PDF)于2023-04-06） （日语）. 

外部链接

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