超高角分辨率太阳X射线成像SHARP-X项目

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1、2021/9/11/27SHARP:Super-HighAngularResolutionPrincipleforX-rayimaging国家天文台、南京大学、紫金山天文台、清华大学、空间科学与应用中心、物理所、航天八院805研究所高角分辨率X射线成像清晰，清晰，再清晰！更多的细节，更多的信息，更透彻的研究天体的活动。X射线成像至少应该和光学波段的角分辨率匹配。对于致密天体周围的物理过程，高角分辨率X射线成像不可替代。太阳耀斑的精细结构：研究太阳耀斑演化、粒子沉降和耀斑非线性动力学，理解太阳耀斑的粒子加速机制。Crab的Hubble照片（光学波段)，0.1arcsecCr

2、ab的Chandra照片（0.3-3keV能段)，~0.5arcsec我们能看得如此清晰吗？2021/9/13/27超高角分辨率太阳X射线成像SHARP-X项目太阳耀斑照片太阳CME照片超高角分辨率X射线望远镜（Super-highAngularResolutionPrincipleforCoded-maskX-rayImaging，SHARP-X）首次实现太阳X射线亚角秒空间分辨率观测，科学目标：耀斑的加速机制，加速源区及其大小,“元耀斑”结构存在与否耀斑X射线源的时空分布特征耀斑加速粒子传输机制；是否存在弥散硬X射线源；CME加速粒子的X射线表征；与CME相关的耀斑X

3、射线源特征直接为空间天气预报服务。高角分辨率X射线成像Chandra-在可预见的将来有可能是最好的X射线掠射成像系统，也可能是最昂贵复杂的系统镜片的不规则度制约了其角分辨率：~0.5arcsec，远小于其衍射极限8milliarcsec(6keV处)掠射受光子能量限制，~10keV傅里叶变换望远镜，编码成像的一种菲涅耳环板成像，衍射干涉系统……编码板成像，最常用的编码成像系统MirrorPolish,Fabrication编码板成像：位置灵敏探测器+随机码板，入射X射线的流强与方位空间调制。算法重建。仪器结构简单，成功运行在多个任务上。理论上没有工作能段的限制仪器尺寸受限

4、的情况下角分辨率不高，灵敏度较低探测器平面和码板平面距离为D，探测器位置分辨d，几何光学的假设下PSF宽度：编码板成像，简单而可靠的系统Integral卫星Swift卫星D很大，d很小？亚arcsec角分辨率2021/9/16/27从SHARP到SHARP-X：SHARP基本原理MirrorPolish,FabricationG.K.Skinner，2003“Itwilleventuallybelimitedbydiffractionattheholesinthemask.”1nm（1.24kev）X射线光子经过50微米的方孔后在50米距离上的菲涅尔衍射的流强分布。码板几

5、何光学的理论投影和衍射现象不可忽略时的衍射投影。MirrorPolish,Fabrication编码板成像原理几何光学假设下的探测过程，M是码板，*表示交叉相关几何光学假设下的图像反解，G是反解矩阵选择G的使得M*G是δ函数。一般情况下M的自相关函数本身就是δ函数，所以G=M。但是在有衍射的情况下，G≠M，需要仔细的选择。MirrorPolish,FabricationSHARP中衍射的描述和计算机实现菲涅尔惠更斯的傅立叶变换近似，可以使用FFT算法计算菲涅尔惠更斯原理2021/9/19/27入射波描述探测器上接收到的波的描述编码方程2021/9/110/271nm（1.

6、24kev）X射线光子，50微米的孔径编码板基线长度50米普通的交叉相关算法已经无法得到点源的图像从SHARP到SHARP-X：SHARP基本原理2021/9/111/27各个像素之间的衍射的相干迭加使得探测器上得到的衍射图样矩阵中必然包含了编码板的空间编码信息。使用正入射的衍射图样作为反解矩阵。GDI通过数值模拟得到，亦可以通过实验测得。衍射极限应当是以码板的整体尺寸来考虑得到清晰的点源图像少许菲涅尔衍射条纹残留GDI是能量的函数ZhangC.,ZhangS.N.,ASuper-highangularresolutionprincipleforcoded-maskX-r

7、ayimagingbeyondthediffractionlimitofasinglepinhole，ResearchinAstronomyandAstrophysics(RAA),Vol9,2009,arXiv:0806.3494v1SHARP核心-编码衍射交叉相关算法（DICC）2021/9/112/27SHARP约束条件GDI是入射光子能量E的函数，但一个能段内的光子需要共享一个GDI：计算资源不允许可以认为探测器无法区分能量差异小于一个能量分辨率的光子0.9nm光子使用1nm光子的GDI的反解图共享是可行的，但是要满足