行星系统的X射线研究：2020年十年期调查白皮书

无论是小行星和卫星的荧光发射、彗星中的太阳风电荷交换、火星的逸散外层大气、金星上的介子反应、土星上的精灵闪电，还是木星磁层中的木卫一等离子体环，太阳系在X射线发射天体方面都出奇地丰富多样。各类行星体的成分对行星科学具有根本意义，为目标天体和整个太阳系的形成与演化历史提供线索。由太阳X射线或高能离子触发的X射线荧光（XRF）谱线源于原子能级，携带着发射体元素组成的明确特征。迄今用于行星轨道器的所有遥感XRF光谱仪均为准直仪器，可实现的空间分辨率有限，且许多使用了能量分辨率差的陈旧X射线探测器。聚焦X射线光学提供真正的光谱成像，已广泛用于天体物理任务，但迄今其质量与体积对资源受限的就地行星任务而言过大。近期X射线仪器方面的进展，如BepiColombo X射线仪器（Fraser等人，2010）所用的微孔光学、微型X射线光学（Hong等人，2016）以及高辐射耐受CMOS X射线传感器（如Kenter等人，2012），使得紧凑而强大的真正聚焦X射线成像光谱仪成为可能。此类仪器将以更高空间分辨率实现行星体成分测量，从而开启行星科学中巨大的新发现空间，极大增进我们对多样行星体本质与起源的理解。在此，我们讨论XRF解决太阳系关键科学问题的诸多例证。