丘比特卫星将拍摄迄今为止最宽的地球和太阳磁场图像
波士顿大学的工程师布莱恩·沃尔什和埃米尔·阿兹与合作者共同开发了尖端等离子体成像探测器（丘比特）卫星，该卫星使用一种新型光学技术，可以从鞋盒大小的封装内部对磁场进行宽视场x射线成像。照片由沃尔什实验室提供
微型卫星将拍摄到地球和太阳磁场碰撞的最宽图像
由波士顿大学工程师开发的探测器捕获的图像可以揭示影响卫星和宇航员的辐射的新见解
周一上午，一颗由波士顿大学工程师设计和制造的首颗此类卫星搭乘美国宇航局的火箭从加州范登堡太空部队基地发射升空。在接下来的五到六年里，这颗鞋盒大小的卫星将在距离地球表面约340英里的轨道上运行，它将携带一台x射线望远镜，捕捉到地球和太阳磁场在太空中相遇的地方的图像。
这颗卫星被称为丘比特（丘比特是尖端等离子体成像探测器的缩写），其设计目的是捕捉图像，帮助科学家更多地了解来自太阳的能量如何转移到近地空间环境。这颗卫星的研发团队由波士顿大学工程学院机械工程教授布莱恩·沃尔什（Brian Walsh）领导，并得到了美国国家航空航天局（NASA）为期四年、240万美元的资助。除了波士顿大学的工程师，这个团队还由来自美国宇航局戈达德太空飞行中心、约翰霍普金斯大学、德雷塞尔大学和梅里马克学院的合作者组成。
在沃尔什实验室攻读机械工程博士学位的波士顿大学澳门威尼斯人注册网站研究生埃米尔·阿茨（Emil Atz）说：“你花了四年时间澳门威尼斯人注册网站研究的硬件，你编写的软件，你每天都在与之交谈的电脑，不是每天都能在运载火箭中关闭，驶向某个地方，你再也见不到它了。”“这是苦乐参半的……我无法想象当我们与丘比特接触时，在发射或第一次通过（轨道）时的感觉。我可能会哭。”
由于天气和其他日程安排问题，丘比特的发射日期被推迟了好几次——也许是偶然的。阿兹说：“发射本来是在（我的）婚礼当天。”“我问发射服务提供商他们是否可以改变发射地点，或者他们是否可以在婚礼上为我找到合适的替身，他说这都不太可能。对我和我可爱的妻子来说幸运的是，但对发射提供商来说不幸的是，发射不得不推迟到9月27日。”
x射线成像并不是一项观测地球和空间现象的新技术。但之前的轨道望远镜受到视野的限制，只能一张一张地捕捉特定区域的图像。丘比特是第一颗拥有广阔视野的卫星，这将使科学家能够使用更大、更全面的图像来澳门威尼斯人注册网站研究地球和太阳磁场之间的边界。
沃尔什说：“丘比特将描绘无形的东西。”“几十年来，科学家们一直在澳门威尼斯人注册网站研究一种叫做磁重联的过程。”当太阳发射的带电粒子与地球大气层碰撞时，电子被交换，x射线被释放出来。在太阳活动频繁的时期，带电粒子会泄漏到地球大气层中，可能会对卫星和宇航员造成伤害。
沃尔什说：“我们在宇宙中漫游和观察得越多，我们就越能看到（磁重联）发生并控制着从太阳表面到黑洞再到地球周围的‘磁泡’或磁层的各种现象。”“我们已经通过精确测量对其进行了常规澳门威尼斯人注册网站研究……但我们从来没有能够通过缩小视角对整个过程进行成像。”他补充说，丘比特将帮助科学家“回答一个基本问题：在什么条件下，重新连接会在爆发性爆发中发生，而不是在稳定的持续嗡嗡声中发生？”
就其成像能力而言，丘比特非常小。它大约和鞋盒一样大，而其他x射线望远镜往往更接近校车的大小。
沃尔什说：“众所周知，x射线很难聚焦到探测器上。“它们只是穿过或被我们戴在眼镜上的各种镜片吸收。几十年来，澳门威尼斯人注册网站研究人员一直在使用一种所谓的Wolter聚焦技术，这种技术可以提供一个很好的图像，但它又大又重，而且产生的视野很窄，在天空中只有几分之一。”
为了从它的小包装中捕捉和聚焦宽视场图像，丘比特采用了一种叫做龙虾眼光学的新型成像元件。
沃尔什说：“我们与美国宇航局戈达德、约翰霍普金斯大学和英国莱斯特大学的科学家和工程师密切合作，开发了龙虾眼聚焦技术。”这项技术使用了一块下垂的薄玻璃，上面有微小的孔，每个孔大约和人类的头发一样大。每个毛孔都有能力聚焦穿过的x射线。这项技术类似于龙虾的眼睛有许多毛孔，因此得名。”
沃尔什说，龙虾眼透镜允许丘比特以传统对焦工具的一小部分大小和重量制作宽视场的x射线图像。
为了确保丘比特能够经受住猛烈颠簸的发射和轨道之旅，波士顿大学的团队对这颗卫星进行了严格的测试。
“振动测试是非常令人兴奋的，但你永远不想要一个令人兴奋的结果，”Atz说。“最好的结果是什么都没发生。我们被要求使劲摇晃丘比特。当你使劲摇晃东西时，它们会发出一种你无法忽视的声音。就像卫星在尖叫一样。”
对于丘比特和它的工程师来说，幸运的是，模拟太空颠簸的振动测试没有对卫星造成任何损害。想要了解丘比特在轨道上的表现需要另一种方法。
阿茨说：“我们使用的真空室达到了高真空，几乎是太空的真空。”“在室内，我们用放射源或x射线发生器产生的高能粒子测试我们的仪器。这有助于我们校准仪器，使其符合轨道上的观测结果。那个房间是我们实验室的主力。当我们进行测试时，这个腔室一次将运行数月。”
对阿兹来说，《丘比特》的工作经历决定了他的职业发展方向。“我只是想建造卫星....我认为未来会有更多的卫星在硬件或软件的某个地方隐藏着我的首字母缩写，”他笑着说。
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