空间硬X射线调制望远镜,观测能力有多强

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  • 名称:AGILE
  • 制造商:意大利卡罗·加瓦兹空间公司
  • 发射日期:2007年4月23日
  • 发射地点:印度,斯里哈里科塔
  • 轨道:550公里(341.8英里),倾角2.5°
  • 运载火箭:“极轨卫星运载器”(PSLV)

1X射线天文学的开拓
天体的高能辐射(X射线、γ射线)被地球大气吸收,必须在地外空间才能被观测到.1962年,美国科学工程公司一个青年核工程师贾科尼(R.Giacconi),联合麻省理工学院的学者,用探空火箭把X射线计数器放到高空,探测月面被太阳照射时产生的荧光X射线,意外地在月亮和太阳以外的天区探测到一个很强的X射线源[1].当时用的X射线探测器不能成像,只能测得宽视场中的X射线光子计数,不能确定X射线天体的位置.1965年,在美国工作的日本学者小田提出准直器调制定位方法[2],可以利用简单的X射线计数器确定X射线源的方位.1966年,贾科尼、小田等将加了准直器的X射线探测器用火箭重新发射上天,测出这个X射线源在天蝎座,这就是人类发现的第一个宇宙X射线源天蝎座X-1.1970年,采用这一技术的X射线天文卫星“Uhuru”上天.Uhuru实现了人类历史上首次X射线巡天,发现了400多个宇宙X射线源.其后,贾科尼等发展了X射线掠射成像技术,发放了“爱因斯坦天文台”等X射线成像卫星,使X射线天文学走向成熟.2002年,贾科尼由于开拓了人类观测宇宙的新窗口——X射线天文学而被授予诺贝尔物理学奖.
2硬X射线天文
对于研究天体极端条件下的高能过程,光子能量高于10—20keV的硬X射线是比X射线更重要的窗口.例如,黑洞吸引周围物质形成吸积盘,其最后一个稳定轨道内边缘的温度达到数百万、上千万度,发射强烈的软X射线.而从吸积盘边缘到黑洞视界的高温等离子体温度高达数十亿度,这个区域主要发射比软X射线能量更高的硬X射线.所以,硬X射线是研究邻近黑洞强引力场区域时间、空间和物质性质的关键波段.而且很多巨型黑洞被尘埃包围,软X射线无法穿透,只能用硬X射线探测器去发现它们.上世级90年代初,美国科学研究委员会天体物理委员会在规划未来十年美国天体物理发展的报告中指出,高能天文观测存在一个重要的缺口,就是硬X射线波段,预期这个波段将是非常富有成果的领域,报告将硬X射线成像列为优先级最高的90年代空间高能项目;美国宇航局也把硬X射线巡天列为90年代空间高能天体物理的首要任务.
硬X射线成像比X射线成像困难得多.上世纪70年代开始发展了编码孔径成像技术,它是用探测器阵列与编码孔板构成的编码孔径望远镜,记录不同方向入射的光子编码板投影的叠加,然后再借助于解调或者反演的数学方法求出影像.上世纪90年代,欧洲和美国先后开始研制编码孔径成像的硬X射线卫星.
3直接解调方法
我们于上世纪90年代初提出直接解调方法[3],用简单成熟的硬件技术可以实现高分辨和高灵敏度硬X射线巡天.自从高斯发明最小二乘法以来,人们总是借助一些简化的最优化条件(如最小二乘条件、最大熵条件或最大似然条件)或线性数学变换,实现由观测数据到真实对象的反演;直接解调方法则应用非线性的数学手段,直接解原始的测量方程,实现反演成像.由于更充分地利用了数据中有关测量对象和测量仪器的信息,同样的数据经直接解调可以得到比传统方法好得多的反演结果.把直接解调技术运用于实验设计,可以突破仪器内禀分辨的限制,用简单的非成像探测器扫描观测,实现高灵敏度和高分辨率的成像.与复杂和昂贵的编码孔径成像系统相比,简单的准直探测器扫描数据直接解调成像的,分辨率高,同时噪音干扰被有效抑制,背景异常干净.直接解调方法提出之初,用低分辨的非成像探测器能实现高分辨成像难以被接受,曾被称为“魔术”,直接解调成像结果甚至被怀疑为弄虚作假.新方法取得认可经历了一个长期的过程:论证了方法的数学基础;用地面实验和球载硬X射线望远镜飞行验证了直接解调成像的可行性;应用直接解调技术重新分析多种国际空间天文卫星的档案数据,大大提高了其结果的质量(利用一些非成像卫星的数据实现了高分辨成像,并获得一些重要的天文发现).经过十年左右的理论、实验和数据分析工作,国内外学者开始接受直接解调方法,例如,2002年7月,欧洲空间局在意大利举行空间科学暑期讲习班,将“直接解调方法”列为成像方法课程.

  绘高精度硬X射线天图

从“慧眼”的实际载荷和探测能力来看,它被称作“硬X射线调制望远镜”多少有些名不副实了,因为它通过携带的几件“法宝”,不仅可以对高能的硬X射线和中能、低能的软X射线进行观测与成像,而且还可以监测空间环境。特别值得一提的是,“慧眼”项目首席科学家张双南创造性地对原本用于屏蔽干扰粒子的探测器稍加改造,使其成为目前世界上面积最大、灵敏度最高的伽马暴探测器,大大拓展了其探测范围和能力。

有效载荷

  • 伽玛射线成像探测器(GRID),硬X射线成像探测器(超级AGILF),迷你热量计(MC)。

6超越爱因斯坦
“超越爱因斯坦”是21世纪美国NASA的一个重大的空间科学计划,其科学目标是了解:是什么驱动了宇宙大爆炸;黑洞附近时间、空间和物质的性质;什么是暗能量.“超越爱因斯坦”计划通过对宇宙大爆炸、黑洞和暗能量的空间科学观测,寻求物理科学新的突破.
HXMT是发现黑洞和研究致密天体强引力场中动力学与高能过程的强有力的实验装置.在“超越爱因斯坦”计划的下一代黑洞搜寻者(BlackHoleFinderProb)之前,HXMT能够以最高灵敏度和分辨率发现大批被尘埃遮挡的超大质量黑洞和其他未知类型高能天体,并研究宇宙硬X射线背景的性质.HXMT卫星的低能、中能和高能(20—250keV)三个望远镜都是准直型探测器,直接解调扫描数据可以实现高分辨和高灵敏度成像以及对弥散源的成像;而大面积准直探测器又能获得特定天体目标的高统计和高信噪比数据,使HXMT既能实现大天区成像,又能通过宽波段时变和能谱观测研究天体高能过程,有机会为实现“超越爱因斯坦”的目标作出独到的贡献.
HXMT建议提出3年后,笔者之一于1996年8月初在香港召开的“21世纪华人天文学会议”上介绍了这个项目[5].报告的结束语说:“由于在硬X波段具有前所未有的灵敏度和成像能力,HXMT卫星将对空间天文的发展做出重要贡献.对于中国,这是一个难得的机遇去实现人类首次硬X射线高灵敏度和高分辨率巡天,这也是对于中国科学界及其领导者的判断力、自信心与勇气的一个挑战”.
报告结束,来自台湾在美国NASA戈达特飞行中心工作的著名理论天体物理学家丘宏义教授从头排的座位站了起来,兴奋地挥动着手臂说:“太好了,我们可以超过美国人了!”他接着讲了一个故事:小田因为发明X射线调制器实现X射线天体定位和第一颗X射线卫星上天而变得很有名气;当他从美国回到日本时,受到天皇接见.天皇问他:“小田先生,你发明的这个调制器有什么用处?”小田答道:“没有什么用处,最重要的用处就是能够得到陛下的接见!”
小田于1965年提出准直调制方法时,在美国光学杂志发表的文章篇幅不足一页,次年用火箭飞行测得第一个宇宙X射线源,4年后,X射线卫星Uhuru就升空了,实现了X射线巡天的开拓.我们在1992年建立直接解调方法,也用了1年时间由气球飞行实现了对天鹅座X-1的直接解调成像.但是,15年过去了,从丘先生激动地期待算起也已经过去了12年,至今硬X射线调制望远镜卫星的工程立项还未能完成.作为在中国从事科学研究的工作者,十多年来我们不断地聆听要努力创新的教导,或承受没本事创新的指责,无缘体味小田式的幽默洒脱.面对激烈的国际竟争,我们仍然在努力着和祈望着新方法所提供的科学机遇不至于最终被完全地丧失掉.

  携带众“法宝”巡天不眠不休

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  链接一

具体来说,“慧眼”将开展4个方面的空间探测活动:一是对银道面(天球上沿银河画出的一大圆为银道,银道所在的主平面即为银道面)进行巡天观测,发现新的高能变源和已知高能天体的新活动;二是通过观测和分析黑洞、中子星等高能天体的光变和能谱性质,加深对致密天体和黑洞强引力场中动力学和高能辐射过程的认识;三是在硬X射线/软伽马射线能区获得伽马射线暴及其他爆发现象的能谱和时变观测数据,研究宇宙深处大质量恒星死亡以及中子星并合等导致的黑洞的形成过程;四是探索利用X射线脉冲星进行航天器自主导航的技术和原理,并开展在轨实验。“慧眼”不同于镜面望远镜受制于其面积和视场,在巡天过程中,其探测面积更大、探测到的信号更多、效率更高。

结构尺寸

  • 1.7米×1.7米×2.6米(5.5英尺×5.5英尺×8.6英尺)(包括太阳能电池帆板的长度)

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  AGILE是意大利航天局小型科学卫星计划的第一颗卫星。这枚六角形卫星的一端上装有一块固定的砷化镓太阳能电池帆板。由于太阳能电池需要一直暴露在太阳光下,这给卫星的指向策略和巡天计划造成一些限制。

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  X射线天文学

李惕碚和吴枚两位老一代科学家虽然已经成功解决了“成像”难题,奠定了相关技术基础,但是在望远镜研制和项目实施过程中仍然面临一系列技术障碍。“慧眼”卫星工程总师、航天科技集团五院研究员马世俊介绍说,比如卫星热控设计方面,为保证有效载荷探测精度,必须将高能、中能、低能探测器集中安装在同一支撑结构上,但它们彼此间温度要求相差极大。有些灵敏的仪器设备必须在零下60℃到零下80℃的低温下才能正常工作。研发团队成员相互启发、集中攻关,终于琢磨出多级隔热措施、深冷热管技术、梯度温度加热等妙招,成功解决这一难题。

研制历程

星载科学仪器在伽玛射线和硬X射线的能量范围内具有光学成像的能力,卫星上的轻型仪器是在意大利核物理研究院研制的固态硅探测器的基础上制造的,这种探测器能够在覆盖天空20%的区域内发现和监测伽玛射线源,经过两年的运行,AGILE卫星将针对伽玛射线源和硬X射线源进行完整的巡天计划。

4硬X射线天文卫星HXMT
1993年,中国科学院高能物理研究所高能天体物理实验室研制的非位置灵敏硬X射线探测器HAPI-4,在高空气球飞行中对恒星级黑洞天鹅座X-1进行扫描观测,利用直接解调技术实现了高分辨硬X射线成像[4].在此基础上,作为“九五”重大科学工程侯选项目,我们提出用成熟廉价的探测技术建造和发放世界最高灵敏度和最高空间分辨本领的硬X射线调制望远镜HXMT的建议.HXMT望远镜由18个准直NaI/CsI复合晶体单元构成,总面积为5000cm2,准直器视场为1°×6°,探测能区为20—250keV,成像分辨率好于5角分.1994年5月,对该建议的评审结论是“空间高能X射线调制望远镜采用我国发展的直接解调成像方法,如能确认则可望成为世界上第一台高能X射线的高灵敏度、高分辨率的成像望远镜,在硬X射线天体的发现和研究方面作出重大贡献.技术储备较好.主要问题是作为核心的方法有待确认”.
经过多年时间,直接解调方法慢慢地被较多人认可.1998年,为利用直接解调新技术开拓空间天文前沿,44位物理、天文和空间科学技术方面的学者(包括9位在海外的中国学者)联合提出国家重点基础研究发展规划项目建议书.2000年,973项目“天体高能辐射的空间观测与研究”立项.2000—2005年,在973项目支持下,中国科学院高能物理研究所和清华大学合作建成HXMT望远镜主探测器1:1地面样机.地面样机对放射源扫描成像结果,证实了用HXMT实现高分辨率成像的可行性.
5硬X射线巡天
1993年提出的HXMT卫星项目,期望能在欧美之前,以好于5角分的分辨率实现硬X射线的首次成像巡天,发现大批被尘埃遮挡的超大质量黑洞和其他高能天体.当时,欧洲刚开始研制基于编码孔径成像技术的INTEGRAL卫星,由2500个硬X射线/γ射线探测单元组成,总面积2500cm2,设计的成像角分辨率为15角分.HXMT的成像分辨率和灵敏度比INTEGRAL好得多,但技术难度和造价却低得多,领先实现硬X射线巡天是完全可能的.可惜的是,由于对直接解调新方法的疑虑,HXMT项目立项被长期拖延,而INTEGRAL卫星却于2002年成功发射上天.INTEGRAL虽然不是为实现巡天设计的卫星,但鉴于硬X巡天的重要性,INTEGRAL上天后用累积大量局部天区成像的方式努力实现大天区成像,发现了几十个以前没有看到的超大质量黑洞.随后,2004年美国又发射了可以实现硬X射线巡天的编码孔径成像望远镜SWIFT,角分辨率为14角分.虽然HXMT仍然可以实现灵敏度、空间分辨率和曝光均匀性比INTEGRAL和SWIFT更好的巡天,能发现更多的硬X射线天体,但中国实现人类首次硬X射线巡天的难得的历史性机遇已经丧失.

  人类第一个X射线天文卫星叫“乌呼鲁”,是在美国科学家贾科尼领导下于1970年在肯尼亚发射升空的,在约3年运行时间里,确定了350个X射线源,包括X射线双星、超新星遗迹、星系团、塞弗特星系等。贾科尼因在X射线天文学方面的先驱性贡献而获得2002年的诺贝尔物理学奖。在“乌呼鲁”之后,一系列搭载X射线的望远镜卫星发射升空,其中包括欧洲的XMM-牛顿卫星、美国的罗西X射线时变探测器、钱德拉X射线天文台、日本的朱雀卫星等。

茫茫天宇间,在轨运行的航天器“中国方阵”中,除了天舟一号货运飞船、天宫二号空间实验室等之外,还有一颗近日发射升空的新卫星——硬X射线调制望远镜卫星。与其他航天器相比,这颗重约2.5吨,在距地面550公里的轨道上运行的卫星看起来其貌不扬,却引起了国际媒体的高度关注。英国《金融时报》称,这颗卫星的发射是中国在发展可与美俄匹敌的太空计划的征程中迈出的重要一步。

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  与欧美发达国家相比,中国在空间科学方面无疑还处于起步阶段,但仍然有迎头追赶的机会,“慧眼”就有望在X射线天文学领域为中国抢占一席之地。正如一位美国同行盛赞的那样,中国硬X射线调制望远镜卫星,将是今后这段时期研究黑洞动力学过程独一无二的“利器”,是X射线天文学发展史上的一座里程碑。

ca88,硬X射线调制望远镜卫星的使命是什么?它装备了哪些高精尖的科学载荷?与同类卫星相比它有哪些突出的特点?它将为人类认识太空作出怎样的贡献?人们亟待了解这些问题的答案。

  数代科学家经24年磨砺

国际技术封锁是该项目必须面对的另一个困难。在核心载荷高能望远镜研制过程中,需要进口某一个型号探测器,项目团队已经与外方签订了进口合同,但之后被外方所在国有关部门叫停。面对困局,项目团队横下一条心,在压力下奋起,走自主研发道路。既然是摸索,总免不了走些弯路,但是他们不气馁。持之以恒地努力终于获得了应有的回报,经过29轮试制,完成30多个样品,终于“杀”出一条路来。

  据“慧眼”项目总指挥潘腾介绍,卫星进入太空后,望远镜就会进入一刻不停、持续不间断的巡天模式,也就是说,在预期4年的寿命中,它每天都要24小时分秒必争地工作,紧“盯”着宇宙空间。

链接一

  “硬X射线”是X射线的一种。对X射线,我们是熟悉的,在医院拍摄透视片,在各类安检中,都接触过它。根据波长,它被分为两类:波长较短(能量较高)的称为硬X射线,波长较长的称为软X射线。可见,这里的“软”“硬”仅是用于分类表述而已。一些天体或天体现象如脉冲星、伽马射线暴、超新星遗迹、黑洞等都会射出X射线,其中主要是硬X射线,而这类射线与软X射线相比,能穿越宇宙尘埃等,不被遮挡。另一方面,X射线穿越地球大气层时会严重衰减。所以,发射望远镜卫星在空间轨道捕捉X射线,特别是硬X射线,就成为各国科学家竞相追逐的目标。

硬X射线调制望远镜卫星结构示意图

  硬X射线调制望远镜卫星的使命是什么?它装备了哪些高精尖的科学载荷?与同类卫星相比它有哪些突出的特点?它将为人类认识太空作出怎样的贡献?人们亟待了解这些问题的答案。

(原载于《人民日报海外版》 2017-06-2408版)

  具体来说,“慧眼”将开展4个方面的空间探测活动:一是对银道面(天球上沿银河画出的一大圆为银道,银道所在的主平面即为银道面)进行巡天观测,发现新的高能变源和已知高能天体的新活动;二是通过观测和分析黑洞、中子星等高能天体的光变和能谱性质,加深对致密天体和黑洞强引力场中动力学和高能辐射过程的认识;三是在硬X射线/软伽马射线能区获得伽马射线暴及其他爆发现象的能谱和时变观测数据,研究宇宙深处大质量恒星死亡以及中子星并合等导致的黑洞的形成过程;四是探索利用X射线脉冲星进行航天器自主导航的技术和原理,并开展在轨实验。“慧眼”不同于镜面望远镜受制于其面积和视场,在巡天过程中,其探测面积更大、探测到的信号更多、效率更高。

携带众“法宝”巡天不眠不休

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“硬X射线”是X射线的一种。对X射线,我们是熟悉的,在医院拍摄透视片,在各类安检中,都接触过它。根据波长,它被分为两类:波长较短的称为硬X射线,波长较长的称为软X射线。可见,这里的“软”“硬”仅是用于分类表述而已。一些天体或天体现象如脉冲星、伽马射线暴、超新星遗迹、黑洞等都会射出X射线,其中主要是硬X射线,而这类射线与软X射线相比,能穿越宇宙尘埃等,不被遮挡。另一方面,X射线穿越地球大气层时会严重衰减。所以,发射望远镜卫星在空间轨道捕捉X射线,特别是硬X射线,就成为各国科学家竞相追逐的目标。

  硬X射线调制望远镜卫星虽然被冠以中国“慧眼”的雅称,但是对很多人来说,它似乎不怎么接地气,让人们在感到“高大上”的同时,也有几分拒人千里之外的“冰冷感”。这也难怪,现代天文学科技本身就距离人们的生活颇为遥远,再加上该词又是由英语直译而来,想让人亲近真的不容易。而要去除“冰冷感”,就要先熟悉两个概念:“硬X射线”和“调制”。

X射线望远镜

  X射线天文学是以天体的X射线辐射为主要研究手段的天文学分支。天体的X射线受到地球大气的严重阻碍,主要利用卫星进行探测。早期的X射线探测工作集中于对太阳的研究。自从1962年6月18日美国麻省理工学院研究小组第一次发现来自天蝎座方向的强大
X射线源以后,非太阳
X射线天文学进入一个新的发展阶段。上世纪70年代以来,发射了专门研究
X射线的天文卫星,观测到许多先前不知道的宇宙
X射线源,使X射线源的数目猛增。

人类第一个X射线天文卫星叫“乌呼鲁”,是在美国科学家贾科尼领导下于1970年在肯尼亚发射升空的,在约3年运行时间里,确定了350个X射线源,包括X射线双星、超新星遗迹、星系团、塞弗特星系等。贾科尼因在X射线天文学方面的先驱性贡献而获得2002年的诺贝尔物理学奖。在“乌呼鲁”之后,一系列搭载X射线的望远镜卫星发射升空,其中包括欧洲的XMM-牛顿卫星、美国的罗西X射线时变探测器、钱德拉X射线天文台、日本的朱雀卫星等。

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X射线天文学

  硬X射线调制望远镜卫星结构示意图

对很多不了解背景的人来说,“慧眼”仿佛一夜之间横空出世,并且一步把中国带入到X射线天文学时代。而对于李惕碚而言,这是一个漫长而焦灼的过程。1993年,他提出了基于直接解调方法的硬X射线调制望远镜的设想,之后,他积极奔走,通过各种方式,争取支持。虽然一次次遇到挫折,但是李惕碚和他的团队并不灰心,根据该领域国际上的最新进展,不断完善相关方案。2011年,硬X射线太空望远镜终于正式立项,与暗物质卫星等一起被列入“十二五”空间战略先导专项。

  X射线望远镜是为了探测地球大气层以外的源所发射的X射线,并把X射线分辨为一个图象而设计的一种仪器。由于大气吸收,所以X射线望远镜必须用气球、火箭或空间运载工具带到高空。因为天体X射线源都是远而弱的,这些探测器通常都要有大的集光面积和高的效率,以便在宇宙射线引起的背景上探测到X射线。

X射线天文学是以天体的X射线辐射为主要研究手段的天文学分支。天体的X射线受到地球大气的严重阻碍,主要利用卫星进行探测。早期的X射线探测工作集中于对太阳的研究。自从1962年6月18日美国麻省理工学院研究小组第一次发现来自天蝎座方向的强大
X射线源以后,非太阳
X射线天文学进入一个新的发展阶段。上世纪70年代以来,发射了专门研究
X射线的天文卫星,观测到许多先前不知道的宇宙
X射线源,使X射线源的数目猛增。

  6月16日,也就是在发射约24小时,“慧眼”就成功把第一批超过2GB的数据传送回来。经验证,数据质量良好。

X射线望远镜是为了探测地球大气层以外的源所发射的X射线,并把X射线分辨为一个图象而设计的一种仪器。由于大气吸收,所以X射线望远镜必须用气球、火箭或空间运载工具带到高空。因为天体X射线源都是远而弱的,这些探测器通常都要有大的集光面积和高的效率,以便在宇宙射线引起的背景上探测到X射线。

  李惕碚和吴枚两位老一代科学家虽然已经成功解决了“成像”难题,奠定了相关技术基础,但是在望远镜研制和项目实施过程中仍然面临一系列技术障碍。“慧眼”卫星工程总师、航天科技集团五院研究员马世俊介绍说,比如卫星热控设计方面,为保证有效载荷探测精度,必须将高能、中能、低能探测器集中安装在同一支撑结构上,但它们彼此间温度要求相差极大。有些灵敏的仪器设备必须在零下60℃到零下80℃的低温下才能正常工作。研发团队成员相互启发、集中攻关,终于琢磨出多级隔热措施、深冷热管技术、梯度温度加热等妙招,成功解决这一难题。

“调制”是指中国科学家创新的把“调制后的信号还原成图像”的技术。望远镜在太空通过硬X射线进行天体观测,必须完成“成像”,而这是核心技术难点。上世纪90年代初,中科院高能物理研究所李惕碚院士和他的同事吴枚研究员经过艰苦努力,探索出“直接解调”方法,实现高灵敏度和高分辨率的成像,比国际上采用的编码孔径成像技术更成熟、更便宜。之后,李惕碚院士把成像技术与扫描探测技术结合在一起,很快便提出了硬X射线调制望远镜的概念——通过对硬X射线源的成像观测,绘制高精度的硬X射线天图。

  国际技术封锁是该项目必须面对的另一个困难。在核心载荷高能望远镜研制过程中,需要进口某一个型号探测器,项目团队已经与外方签订了进口合同,但之后被外方所在国有关部门叫停。面对困局,项目团队横下一条心,在压力下奋起,走自主研发道路。既然是摸索,总免不了走些弯路,但是他们不气馁。持之以恒地努力终于获得了应有的回报,经过29轮试制,完成30多个样品,终于“杀”出一条路来。

与欧美发达国家相比,中国在空间科学方面无疑还处于起步阶段,但仍然有迎头追赶的机会,“慧眼”就有望在X射线天文学领域为中国抢占一席之地。正如一位美国同行盛赞的那样,中国硬X射线调制望远镜卫星,将是今后这段时期研究黑洞动力学过程独一无二的“利器”,是X射线天文学发展史上的一座里程碑。

  “调制”是指中国科学家创新的把“调制后的信号还原成图像”的技术。望远镜在太空通过硬X射线进行天体观测,必须完成“成像”,而这是核心技术难点。上世纪90年代初,中科院高能物理研究所李惕碚院士和他的同事吴枚研究员经过艰苦努力,探索出“直接解调”方法,实现高灵敏度和高分辨率的成像,比国际上采用的编码孔径成像技术更成熟、更便宜。之后,李惕碚院士把成像技术与扫描探测技术结合在一起,很快便提出了硬X射线调制望远镜的概念——通过对硬X射线源的成像观测,绘制高精度的硬X射线天图。

据“慧眼”项目总指挥潘腾介绍,卫星进入太空后,望远镜就会进入一刻不停、持续不间断的巡天模式,也就是说,在预期4年的寿命中,它每天都要24小时分秒必争地工作,紧“盯”着宇宙空间。

  从“慧眼”的实际载荷和探测能力来看,它被称作“硬X射线调制望远镜”多少有些名不副实了,因为它通过携带的几件“法宝”,不仅可以对高能的硬X射线和中能、低能的软X射线进行观测与成像,而且还可以监测空间环境。特别值得一提的是,“慧眼”项目首席科学家张双南创造性地对原本用于屏蔽干扰粒子的探测器稍加改造,使其成为目前世界上面积最大、灵敏度最高的伽马暴探测器,大大拓展了其探测范围和能力。

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  茫茫天宇间,在轨运行的航天器“中国方阵”中,除了天舟一号货运飞船、天宫二号空间实验室等之外,还有一颗近日发射升空的新卫星——硬X射线调制望远镜卫星(HXMT)。与其他航天器相比,这颗重约2.5吨,在距地面550公里的轨道上运行的卫星看起来其貌不扬,却引起了国际媒体的高度关注。英国《金融时报》称,这颗卫星的发射是中国在发展可与美俄匹敌的太空计划的征程中迈出的重要一步。

6月16日,也就是在发射约24小时,“慧眼”就成功把第一批超过2GB的数据传送回来。经验证,数据质量良好。

  X射线望远镜

绘高精度硬X射线天图

  对很多不了解背景的人来说,“慧眼”仿佛一夜之间横空出世,并且一步把中国带入到X射线天文学时代。而对于李惕碚而言,这是一个漫长而焦灼的过程。1993年,他提出了基于直接解调方法的硬X射线调制望远镜的设想,之后,他积极奔走,通过各种方式,争取支持。虽然一次次遇到挫折,但是李惕碚和他的团队并不灰心,根据该领域国际上的最新进展,不断完善相关方案。2011年,硬X射线太空望远镜终于正式立项,与暗物质卫星等一起被列入“十二五”空间战略先导专项。

硬X射线调制望远镜卫星虽然被冠以中国“慧眼”的雅称,但是对很多人来说,它似乎不怎么接地气,让人们在感到“高大上”的同时,也有几分拒人千里之外的“冰冷感”。这也难怪,现代天文学科技本身就距离人们的生活颇为遥远,再加上该词又是由英语直译而来,想让人亲近真的不容易。而要去除“冰冷感”,就要先熟悉两个概念:“硬X射线”和“调制”。

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数代科学家经24年磨砺

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