我國(guó)首顆空間X射線天文衛(wèi)星發(fā)射成功！

電子發(fā)燒友早八點(diǎn)訊：我國(guó)第一顆空間X射線天文衛(wèi)星——硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡（Hard X-ray Modulation Telescope）衛(wèi)星于6月15日11時(shí)整成功發(fā)射。很多朋友會(huì)說(shuō)這個(gè)衛(wèi)星的名字“硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡”，包括它的英文“Hard X-ray Modulation Telescope”以及英文縮寫(xiě)“HXMT” 光讀下來(lái)就比較困難，更別說(shuō)理解它用來(lái)做什么了，看來(lái)它真的是名如其星，令人感到晦澀難懂。

HXMT發(fā)射場(chǎng)試驗(yàn)隊(duì)和整裝待發(fā)的HXMT衛(wèi)星的合影（作者 供圖）

關(guān)于這顆衛(wèi)星，你一定有很多的問(wèn)題很好奇吧，下面為大家一一解答。

什么是“硬X”射線，什么是“調(diào)制”？

我們先從它的名字說(shuō)起。

名字中的硬X射線是相對(duì)于軟X射線而言的。所謂的硬X射線就是能量比較高的電磁波（20-250 keV），具有很強(qiáng)的穿透能力，醫(yī)院里人體透視檢查用的就是它。而它對(duì)應(yīng)的能量較低的（約10 keV以下）的電磁波就叫作軟X射線。

硬X射線波長(zhǎng)很短，所以很難用光學(xué)望遠(yuǎn)鏡成像，因而對(duì)于硬X射線的探測(cè)，國(guó)際上的普遍辦法之一便是采用準(zhǔn)直型望遠(yuǎn)鏡對(duì)其進(jìn)行探測(cè)，但是，準(zhǔn)直型望遠(yuǎn)鏡的缺點(diǎn)在于它會(huì)損失很多探測(cè)光子的信息，從而導(dǎo)致這種方法的探測(cè)結(jié)果精度較低。

在上個(gè)世紀(jì)90年代，中科院高能物理研究所的李惕碚院士和吳枚研究員提出了用非線性數(shù)學(xué)手段，直接對(duì)探測(cè)器陣列的掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行求解成像，這一直接解調(diào)法能夠使低分辨的非成像探測(cè)器實(shí)現(xiàn)高分辨成像，調(diào)制望遠(yuǎn)鏡中的“調(diào)制”就是源自這一算法。

HXMT有中英文名字，還有昵稱呢

為了解決硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星讀起來(lái)繞口這一問(wèn)題，HXMT科學(xué)家團(tuán)隊(duì)可謂煞費(fèi)苦心，在面向社會(huì)廣泛征名的情況下，他們最終為其醞釀了一個(gè)好聽(tīng)的名字叫做“慧眼”，英文名字“Insight”。

這個(gè)名字也代表了HXMT科學(xué)家團(tuán)隊(duì)的心愿——用來(lái)紀(jì)念我國(guó)高能天體物理奠基人之一何澤慧院士，希望這架空間望遠(yuǎn)鏡能如她的眼睛一樣，尋找高能天體的美麗風(fēng)景。同時(shí)也期冀HXMT衛(wèi)星慧眼如炬，能穿過(guò)星際物質(zhì)的遮擋發(fā)現(xiàn)黑洞，探索極端宇宙的內(nèi)在美。

至于她的昵稱嘛，繼續(xù)往下看，后文中再揭曉嘍……

HXMT衛(wèi)星研究什么？

我們的宇宙看起來(lái)神秘而安靜，其實(shí)到處都在不斷發(fā)生著各種劇烈的爆發(fā)和演化現(xiàn)象，有黑洞吞噬物質(zhì)、恒星生命最后的壯麗焰火，以及宇宙深處最劇烈的爆發(fā)，這些高能天體物理過(guò)程都會(huì)向外輻射X射線甚至伽馬射線，所以可以通過(guò)觀測(cè)X射線和伽馬射線來(lái)研究這些天體的性質(zhì)及輻射的行為。

大家都知道，所有物體都會(huì)向外輻射電磁波，電磁波根據(jù)波長(zhǎng)可分為：射電、紅外線、可見(jiàn)光、紫外線、X射線、伽馬射線，宇宙到達(dá)地球的電磁波，經(jīng)過(guò)大氣層的阻擋，最終到達(dá)地表面的主要是可見(jiàn)光。由于X射線和伽馬射線無(wú)法穿透地球大氣層，所以想觀測(cè)宇宙中的各種天體的行為，只能借助太空望遠(yuǎn)鏡。

今天我們發(fā)射的這顆HXMT衛(wèi)星，觀測(cè)的范圍是美麗的銀河系，研究的對(duì)象主要是黑洞、中子星和伽馬射線暴等致密天體和爆發(fā)現(xiàn)象。

黑洞這一早就被大眾所熟知的神秘天體，具有極強(qiáng)的引力場(chǎng)，能吞噬一切包括光線，黑洞是廣義相對(duì)論的一個(gè)預(yù)言，我們研究黑洞可以來(lái)驗(yàn)證廣義相對(duì)論。由于黑洞附近的物質(zhì)的密度和溫度都很高，所以產(chǎn)生的主要輻射是在X射線波段。事實(shí)上，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)的第一顆黑洞天鵝座X-1就是用X射線天文望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的。

中子星是某些恒星演化晚期發(fā)生超新星爆發(fā)的產(chǎn)物，密度非常高，表面磁場(chǎng)非常強(qiáng)，孤立的中子星和處于雙星系統(tǒng)中的中子星都可以發(fā)出強(qiáng)烈的X射線。對(duì)于中子星的X射線觀測(cè)，可以測(cè)量其表面磁場(chǎng)強(qiáng)度等。

伽馬射線暴是來(lái)自天空中某一方向的伽馬射線強(qiáng)度在短時(shí)間內(nèi)突然增強(qiáng)，隨后又迅速減弱的現(xiàn)象，它是僅次于宇宙大爆炸的爆發(fā)現(xiàn)象；兩個(gè)致密天體的并合除了會(huì)產(chǎn)生引力波也有可能產(chǎn)生伽馬射線暴，因此觀測(cè)伽馬射線暴是探測(cè)和研究引力波暴的電磁對(duì)應(yīng)體的重要方式。

我們的HXMT衛(wèi)星總重量2500kg，運(yùn)行在550km、傾角43度的近地圓軌道上，設(shè)計(jì)壽命為4年，主要包括有大天區(qū)掃描、定點(diǎn)、小天區(qū)掃描和新增的伽馬射線暴監(jiān)測(cè)的工作模式。

其上搭載了四種有效載荷：高能X射線望遠(yuǎn)鏡（HE）、中能X射線望遠(yuǎn)鏡（ME）、低能X射線望遠(yuǎn)鏡（LE）和空間環(huán)境監(jiān)測(cè)器（SEM）。可觀測(cè)天體1~250 keV能量范圍的X射線/硬X射線，并監(jiān)測(cè)200 keV-3 MeV的硬X射線/軟伽馬射線爆發(fā)現(xiàn)象，是我國(guó)空間科學(xué)研究領(lǐng)域新的里程碑。

空間X射線和伽馬天文是國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)激烈的前沿領(lǐng)域。目前，美、歐、日、印度等國(guó)家和地區(qū)的近10臺(tái)先進(jìn)的X射線和伽馬射線空間觀測(cè)設(shè)備正在運(yùn)行，不斷取得重大天文發(fā)現(xiàn)。

和發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的空間科學(xué)仍然處于起步階段。與國(guó)際上的這些望遠(yuǎn)鏡相比，HXMT衛(wèi)星特色鮮明，具有獨(dú)特之處：具有大天區(qū)、大有效面積的寬波段X射線掃描巡天能力；大面積、寬波段、高時(shí)間分辨率的定點(diǎn)觀測(cè)能力；是國(guó)際上最大面積的硬X射線/軟伽馬射線能段國(guó)際上最大面積的探測(cè)器。

對(duì)HXMT衛(wèi)星的期許是？

從HXMT衛(wèi)星提出到立項(xiàng)花了將近20年的時(shí)間，這一任務(wù)來(lái)之不易，實(shí)現(xiàn)了老、中、青科學(xué)家建造屬于我國(guó)自己空間天文衛(wèi)星的理想，HXMT衛(wèi)星研制團(tuán)隊(duì)對(duì)于這顆衛(wèi)星的感情猶如對(duì)自己的子女一般，很難用言語(yǔ)表達(dá)。

她的發(fā)射如美麗的小仙女飛天一般，巡視銀河、捕捉黑洞的X射線信號(hào)、對(duì)發(fā)出脈沖的中子星進(jìn)行號(hào)脈、監(jiān)測(cè)來(lái)自宇宙深處的伽馬射線暴，沒(méi)錯(cuò)，我們給她起了個(gè)昵稱“小仙女”，以表達(dá)HXMT研制團(tuán)隊(duì)對(duì)她的喜愛(ài)和美好祝愿。

HXMT衛(wèi)星在軌運(yùn)行成功后預(yù)期能取得重要原創(chuàng)性的科學(xué)成果，如發(fā)現(xiàn)新的黑洞和中子星；可以對(duì)于黑洞、中子星的性質(zhì)如中子星的磁場(chǎng)、質(zhì)量，黑洞的質(zhì)量、自轉(zhuǎn)等，給出新的測(cè)量結(jié)果，了解它們?yōu)槭裁从懈鞣N各樣的活動(dòng)性；以及預(yù)期每年能看到上百個(gè)伽馬射線暴，等等。

HXMT的成功僅僅是一個(gè)開(kāi)始

高能所在2007年的時(shí)候就提出了X射線時(shí)變與偏振探測(cè)衛(wèi)星（XTP），作為HXMT的后續(xù)任務(wù)。目前XTP項(xiàng)目已經(jīng)吸引到了來(lái)自歐、美、日的將近20個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家的參與和支持，有望成為有史以來(lái)中國(guó)發(fā)起并領(lǐng)導(dǎo)的由最多發(fā)達(dá)國(guó)家實(shí)質(zhì)性貢獻(xiàn)的大型國(guó)際合作科學(xué)項(xiàng)目。

eXTP衛(wèi)星運(yùn)行示意圖

eXTP作為X射線波段國(guó)際領(lǐng)先的大型空間天文臺(tái)，它的科學(xué)目標(biāo)是“一奇（黑洞）、二星（中子星、夸克星）、三極端（極端引力、極端密度、極端磁場(chǎng)）”，也就是在極端引力、極端密度、極端磁場(chǎng)下，檢驗(yàn)和發(fā)展黑洞和中子星的基本物理規(guī)律，它能夠?qū)σ慌诙春椭凶有堑?a target="_blank">參數(shù)做出精確測(cè)量，將在解決一系列極端引力、極端磁場(chǎng)和極端能量（密度）等基礎(chǔ)物理問(wèn)題方面做出突破性貢獻(xiàn)，使我國(guó)在空間X射線天文學(xué)和相關(guān)基礎(chǔ)物理的研究進(jìn)入國(guó)際領(lǐng)先行列。

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