扩展X射线宇宙的硅片技术

原文标题：Silicon technology offers extended X-ray vision of high-energy cosmos

原文来自：ESA   Posted: 2009. 12. 21

编译：Melipal   审校：Linq （编译版权所有，文章有删节，未经许可请勿转载。）

作为运转在计算机、电话和电子设备中的集成电路，硅晶片无处不在。一项由欧洲空间局领导的研究给这些常见物品提供了一条非凡的用途：将正好1000片硅片叠在一起，他们允诺可以为天文学界提供最清晰的X射线图象，揭示宇宙中最为狂暴的区域。

ESA新技术部门的领导人马科斯·巴夫达兹（Marcos Bavdaz）说：“ESA与欧洲企业的专家一起，研制出了这一新型光学技术，并建设了支持产业。这种‘硅孔（silicon pore）技术’是欧空局为国际X射线天文台（IXO）所进行的准备之一，该任务是候选项目，预计于2020年左右与NASA和日本空间机构合作完成。”

特大质量黑洞。图片提供：ESA / V. Beckmann (NASA-GSFC)

荷兰的余弦研究公司（cosine Research）领导着由来自ESA成员国的工业界以及研究机构合作者组成的国际联盟。本月他们公布了最新的结果：按照飞行要求配置的光学元件在X射线设施中进行了测试，得到了绝佳的光学表现。

X射线天空的热门谜题

IXO卫星的设计。图片提供：ESA CDF

X射线的天空观测揭示出了由恒星爆发、黑洞以及炽热气体云组成的狂暴宇宙。这样的高能天体温度有百万度，在X射线而非可见光波段发出辐射。只有在太空时代将望远镜放到吸收X射线的大气层外之后，天文学家才能去研究这片狂暴的高能宇宙。

实际上，利用X射线聚焦成象并非易事。众所周知的是医学用的X射线，但是它们并不是聚焦成象的——只是光线通过身体投下的影子，利用的是1895年威廉·伦琴率先发明的技术。

ESA当下的XMM-牛顿望远镜的叠层望远镜。图片提供：ESA

由于X射线只在极小的角度上才会发生反射，标准光学设计并不奏效。可见光就象球体从墙壁反弹那样从镜面上反射回去，而X射线的反射更接近于掠过池塘的石头。望远镜的镜片要侧向而非正面朝向入射光，而为了搜集足够多的X射线，需要利用许多镜面。因此X射线望远镜更类似一套俄罗斯套娃，重叠的镜面彼此包围着。

为更宽更锐利的X射线图象准备的新技术

带有棱条的硅板。图片提供：ESA/Micronuit

ESA的XMM-牛顿X射线太空望远镜使用了250余片镀金的镍质镜面，而NASA的钱德拉望远镜借助了由较重的玻璃制成的镜面，数量较少。对于IXO来说，它的目标是将集光面积扩大到XMM的20倍，而分辨率高3倍。这一目标的到达需要借助新的技术：NASA正在调研名为“炉烧浮雕玻璃（slumped glass）”的另一种手段，而ESA集中精力于硅孔光学，其基础是商业化的硅晶片。

ESA的埃里克·威尔（Eric Wille）解释道：“为了更好地将最新式微处理器的细小结构‘印刷’上去，生产商已经将晶片抛光到了光学质量。因此晶片无须进一步抛光，已经是光滑坚硬的了。”

自动堆叠器。图片提供：ESA/cosine Research

半导体工业技术可以制造出硅晶片，并按照所要求的复杂结构塑造它们的形状。它们可以被切成薄如纸页的方形板材，其上带有‘棱条’，以便于进行堆叠。之后它们被磨成楔形，并在增加金属镀膜后引导着X射线沿要求的光路传播。工业机器人可以进行精确的堆叠装备作业。

该技术名为“硅孔光学”，原因是带有棱条的硅片堆结构是多孔的，X射线可以在组装好的硅堆“瓣”的各个孔穴之间反射通过。IXO总共需要超过200000片硅片。接下来的步骤是为了大规模生产，将组装过程流水线化，并且进一步改进质量，为在X射线的天空作出空前发现打开大门。

测试用的反射镜模块。图片提供：ESA/cosine/SPO consortium

（全文完）