一台带有7个X射线望远镜的德国测量仪器提高了Spektr-RG的灵敏度

科学网：俄罗斯陷入困境的空间科学项目有望在本月取得成功。Spektr-RG是一颗X射线卫星，将于6月21日在哈萨克斯坦发射。这颗卫星的目标是绘制出整个宇宙中大约10万个星系团的地图。星系团包含多达1000个星系，相当于1000亿颗太阳的质量，是宇宙中受引力约束的最大结构。研究星系团有助于了解宇宙的演化以及加速宇宙膨胀的暗能量的性质。

Spektr-RG最初是在30多年前提出的。作为苏联雄心勃勃的一系列“大天文台”计划的一部分，Spektr-RG成为俄罗斯因资金紧张而削减成本的“受害者”。但是，10年前重新制造的这颗约5亿欧元的卫星，将搭载德国和俄罗斯的X射线望远镜，扫描太空以寻找有趣的X射线源，比如正在吞噬物质的超大质量黑洞。更重要的是，它将绘制大量星系团，以发现宇宙运转的奥秘。

新目标意味着进一步的拖延。马克斯·普朗克外层空间物理研究所（MPE）的研究小组负责人Peter Predehl说：“这颗卫星经历了许多起起落落。每当我们以为已经脱离险境的时候，一个新的危机就会出现。”

Spektr-RG诞生于上世纪80年代末。对现代距离最近的超新星SN 1987A的研究已经证明了X射线追踪此类事件的能力。莫斯科太空研究所Rashid Sunyaev提议建立一个X射线观测站，绕地球大气层轨道运行，以阻挡X射线。这项6吨重的任务很快就被5台望远镜所承担，涉及12个国家（包括美国）的20个研究所。

但在苏联解体后，俄罗斯联邦航天局一直努力维护和平号空间站，并为不断壮大的国际空间站做出贡献。“他们告诉我们，这艘宇宙飞船对俄罗斯来说太大了，太有野心了。”现供职于MPE的Sunyaev说。

复兴计划始于2003年，当时是与英国开展一项小规模任务：建立全天空X射线监视器和X射线观测望远镜——ROSITA，但由于“挑战者”号航天飞机失事，此计划被搁浅。

上世纪90年代对遥远超新星的研究表明，宇宙膨胀正在加速。暗能量是一种神秘力量，研究人员想要了解关于暗能量的更多信息，如它到底是在空间中变化还是随着时间推移而变化。而星系团是最好的指标之一，英国剑桥天文学研究所X射线天文学家Andrew Fabian说：“星系团是宇宙中最大的物体，是星系形成的顶峰，对宇宙模型非常敏感。”

星系团最容易在X射线中看到，因为星系间的空隙充满了气体，当星系挤在一起形成一个星系团时，这些气体被加热到数百万摄氏度。

美国哈佛—史密森天体物理中心的Esra Bulbul最近加入了MPE团队。他说，通过绘制星系团地图，Spektr-RG 可以研究宇宙结构的演化。

该计划目前面临的挑战是提高ROSITA望远镜的现有能力——它最多只能收集1万个星团。于是，经讨论决定建造9000万欧元的“扩展”eROSITA，由MPE和德国航空航天中心DLR支付。eROSITA是由7个相同的望远镜组成的阵列，其有效收集面积是原始仪器的5倍。俄罗斯和德国在2007年签署了一项协议，计划在2012年发射。

但任务进行得并不顺利。这台英国仪器没能赢得资金支持，而是被俄罗斯的ART-XC望远镜取代了。ART-XC将通过探测更稀有的高能X射线来补充eROSITA的能力。虽然高能X射线更难收集，但高能量的光子对观测星系中心的超大质量黑洞非常有用，因为它们穿透了周围包裹的气体云和尘埃云。

为eROSITA制作镜面也比预想困难很多。由于X射线可以穿透传统平面望远镜镜面，因此需要圆柱形镜面聚焦X射线，通过内表面的低角度反射收集X射线光子。eROSITA的7个望远镜中，每个都包含54个镀金的圆柱形镜面，它们彼此嵌套在一起，必须精确塑造形状才能使光子聚焦。事实证明，制造它们如此困难，以至于MPE团队不得不在此过程中解雇其主要承包商。“它几乎要了我们的命。”Predehl说。

按照计划，望远镜需安置在月球之外的一个安静的引力平衡点，远离地球磁场的庇护，这意味着电子设备必须被加固以抵御太阳辐射。德国和俄罗斯电子设备的不兼容性推迟了发射，推迟发射的原因还有航天器通信系统的问题和发射火箭的更换。

如今，Spektr-RG终于准备好了，大家对它的期望很高。“这将是一场数字革命。”剑桥天文学研究所天文学家George Lansbury说。他将X射线研究纳入“大数据体制”。

对于俄罗斯的“大天文台”项目来说，这也可能是一个罕见的高点。此前，该国只有一个探测器成功进入轨道，即2011年的Spektr-R。这是一项未达到预期目标的射电天文学任务，在今年早些时候因发生故障而无法继续工作。

天文学家可能要等很长时间才能看到Spektr-RG的继任者：紫外望远镜Spektr-UV和毫米波射电望远镜Spektr-M。Spektr-UV项目在濒临死亡之际幸存下来。该项目计划在2025年发射，但Sunyaev说，一些合作者已经退出了，包括提供光谱仪的德国团队。他表示，下一个项目Spektr-M还没有获得全部资金支持。与此同时，其他国家的望远镜有可能抢先获得俄罗斯追求的一些科学成果。

莫斯科太空研究所Spektr-RG首席执行官Mikhail Pavlinsky表示：“俄罗斯正在尽可能利用现有预算维持项目。”他指出，俄罗斯联邦航天局紧缩的预算正面临多重需求。俄罗斯正在为欧洲计划明年发射的ExoMars漫游者建造着陆系统，和其他国家一样，俄罗斯希望在2021年搭载“月球25号”登陆器重返月球。