1月30日，我國首顆X射線天文衛(wèi)星“慧眼”正式交付，投入使用。
“慧眼”衛(wèi)星工程是研究黑洞、中子星等致密天體前沿問題的自主創(chuàng)新重大空間科學(xué)項(xiàng)目，對(duì)提升我國在空間科學(xué)領(lǐng)域的國際地位有重要意義。
“慧眼”衛(wèi)星應(yīng)用了我國科學(xué)家首創(chuàng)的直接譯碼成像方式，實(shí)現(xiàn)寬波段、高靈敏度、高空間幀率X射線巡天、定點(diǎn)和小天區(qū)觀測(cè)，與世界現(xiàn)有X射線天文衛(wèi)星相比，具有先進(jìn)的暗弱變?cè)囱蔡炷芰Αⅹ?dú)特的多波段快速光變觀測(cè)能力等優(yōu)勢(shì)。該衛(wèi)星于2017年6月15日成功發(fā)射，在軌運(yùn)行期間完滿完成衛(wèi)星平臺(tái)、有效荷載、地面應(yīng)用系統(tǒng)等測(cè)試任務(wù)。
在軌測(cè)試期間，“慧眼”衛(wèi)星舉辦了多個(gè)天區(qū)的掃描成像觀測(cè)和對(duì)特定天體的定點(diǎn)觀測(cè)，舉辦了伽瑪射線暴檢測(cè)等應(yīng)用測(cè)試，驗(yàn)證了衛(wèi)星的各項(xiàng)功能和性能，表明其已具備投入使用條件。2017年10月16日，雙中子星并合形成引力波聯(lián)合觀測(cè)成果全球發(fā)布，“慧眼”衛(wèi)星參與了觀測(cè)并發(fā)揮了重要作用，對(duì)引力波高能電磁幅射對(duì)應(yīng)體進(jìn)行檢測(cè)并確定了伽瑪射線的流量上限。
為擴(kuò)大“慧眼”衛(wèi)星及空間高能化學(xué)研究領(lǐng)域的國際影響力，發(fā)展空間科學(xué)，國家航天局會(huì)同中國科大學(xué)共同發(fā)起組建了“慧眼”衛(wèi)星國際科學(xué)委員會(huì)。該委員會(huì)將針對(duì)“慧眼”衛(wèi)星提供國際合作，并基于衛(wèi)星數(shù)據(jù)舉辦應(yīng)用研究等。
"慧眼”于2017年6月發(fā)射成功，總算交付使用。這顆衛(wèi)星上天究竟是去干嘛的呢？
黑洞，這個(gè)吞噬一切的神秘天體，魔咒通常地吸引著我們，未曾停止。并且，50多年過去了，人類對(duì)黑洞的探求一直處于初始階段。
為研究黑洞、中子星等高能致密天體的基本化學(xué)性質(zhì)以及對(duì)周圍時(shí)空的影響，中國科大學(xué)高能化學(xué)研究所和航天科技集團(tuán)三院等單位研發(fā)了我國第一顆空間X射線天文衛(wèi)星——硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡（HXMT）衛(wèi)星。
HXMT衛(wèi)星的科學(xué)目的是哪些？
它的觀測(cè)過程是如何的？
與其他天文衛(wèi)星相比有哪些特征和突破？
未來會(huì)有什么科研制現(xiàn)？
我們一上去聽聽中科院高能化學(xué)研究所粒子天體化學(xué)中心所長、中科院粒子天體化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室處長、HXMT衛(wèi)星首席科學(xué)家張雙南給我們的解答吧~
中科院高能化學(xué)研究所研究員、中科院高能化學(xué)研究所粒子天體化學(xué)中心所長、中科院粒子天體化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室處長、HXMT衛(wèi)星首席科學(xué)家張雙南
張雙南研究員介紹說，HXMT衛(wèi)星目的就是接收來自天體的X射線，其實(shí)這些天體可以是中子星，也可以是黑洞。我們主要是希望找尋一些原先不曉得的黑洞和中子星，同時(shí)，對(duì)早已曉得的也進(jìn)行觀測(cè)和研究，目的是拿來拓展我們對(duì)于黑洞和中子星的知識(shí)。
在宇宙中，當(dāng)物質(zhì)被致密天體的引力擄獲后，會(huì)以螺旋運(yùn)動(dòng)掉向中心天體，速率越來越快，氣溫越來越高，最后會(huì)發(fā)出強(qiáng)烈的、比通常X射線能量高的硬X射線。
盡管X射線穿透能力比較強(qiáng)，但也不能穿透月球大氣，所以我們必需要到月球大氣層以外才有可能偵測(cè)到來自天體的X射線。
克服重重困難自主研制空間天文衛(wèi)星
早在20世紀(jì)70年代，中國就早已開始了X射線天文觀測(cè)。中科院高能所借助高空汽球搭載X射線望遠(yuǎn)鏡，在40公里高空對(duì)X射線脈沖星、黑洞等類型的天體進(jìn)行了觀測(cè)研究，HXMT衛(wèi)星正是在汽球?qū)嶒?yàn)的基礎(chǔ)上提出和研發(fā)的。
為了完成這樣的一個(gè)科學(xué)裝置，科學(xué)家們前前后后共努力了差不多20年的時(shí)間，克服了各方面出現(xiàn)的困難，歷經(jīng)了項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)不足、經(jīng)費(fèi)不足、人才不足、技術(shù)要求高等困難，才走到了明天。
為何一定要研發(fā)它？
張雙南老師介紹，空間天文望遠(yuǎn)鏡實(shí)際上開創(chuàng)了人類探求宇宙的一個(gè)窗口。人類在開創(chuàng)了這個(gè)領(lǐng)域以后，人類就發(fā)射了各類各樣的天文衛(wèi)星，也包括我們很熟悉的哈勃天文衛(wèi)星，所以人類對(duì)宇宙的探求是不會(huì)停止的，會(huì)仍然進(jìn)行的。
特征：能量覆蓋面積廣、儀器幾何面積大、望遠(yuǎn)鏡視場(chǎng)寬
張雙南老師具體解釋說，首先，這個(gè)X射線的儀器覆蓋范圍比較廣，極少有這樣衛(wèi)星能有這樣寬的光子覆蓋范圍。
HXMT衛(wèi)星運(yùn)行示意圖
另外，我們儀器的幾何面積比較大。例如，高能段儀器的幾何面積達(dá)到了5000平方分米，這是在這個(gè)能量段最大的面積。
據(jù)悉，望遠(yuǎn)鏡的視場(chǎng)比較寬，適宜做一些天體化學(xué)的研究。例如，我們將會(huì)對(duì)中子星和黑洞進(jìn)行特別高統(tǒng)計(jì)量、高波段的研究，這是先前的天文望遠(yuǎn)鏡或則X射線望遠(yuǎn)鏡比較難做到的。我們會(huì)對(duì)銀河系進(jìn)行巡天的工作，來搜救銀河系內(nèi)有多少像這樣的比較暗弱、隨時(shí)間變化的天體，這對(duì)我們理解銀河系內(nèi)的中子星和黑洞都是十分重要的。
HXMT衛(wèi)星巡天觀測(cè)模式示意圖
它和其他望遠(yuǎn)鏡不同，并不是說它比其他的望遠(yuǎn)鏡好，而是指在個(gè)別方面有自己的特色，在這種方面我們能否做得好一些，所以我們的科學(xué)觀測(cè)也就圍繞著優(yōu)勢(shì)進(jìn)行。
三種觀測(cè)模式：掃描巡天、定向觀測(cè)和定點(diǎn)檢測(cè)
HXMT衛(wèi)星的觀測(cè)主要是有三種模式。簡單來說就是，掃描巡天模式、定向觀測(cè)的模式和伽瑪射線暴檢測(cè)模式。
首先，掃描巡天模式。我們預(yù)測(cè)銀河系里有好多中子星和黑洞，并且它們?cè)谀抢铮际悄男幼拥模枚喽歼€沒有發(fā)覺，所以這個(gè)衛(wèi)星會(huì)對(duì)銀河系進(jìn)行掃描和巡天的工作；
其次，定向觀測(cè)模式。我們?cè)缫褧缘昧艘恍┨祗w源中國科學(xué)院粒子天體物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，或則通過巡天發(fā)覺的天體源，我們會(huì)用望遠(yuǎn)鏡指向它，這就稱作定向觀測(cè)；
最后，伽瑪射線暴檢測(cè)模式。這相當(dāng)于守株待兔的模式中國科學(xué)院粒子天體物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，假如有一些特別強(qiáng)烈的伽瑪射線暴被發(fā)覺，儀器都會(huì)檢測(cè)到這個(gè)高流量的訊號(hào)抵達(dá)，我們會(huì)來提供一個(gè)警報(bào)來進(jìn)行后續(xù)的觀測(cè)等等。
獲取一手?jǐn)?shù)據(jù)
未來有望取得的進(jìn)展
觀測(cè)后，HXMT衛(wèi)星主要在四個(gè)方面有可能取得比較大的進(jìn)展：
第一，預(yù)計(jì)會(huì)發(fā)覺一批新的天體源，主要是中子星和黑洞為主的新的高能天體；
第二，對(duì)一批比較亮的中子星和黑洞進(jìn)行定點(diǎn)觀測(cè)；
第三，我們有可能會(huì)對(duì)中子星和黑洞的基本的性質(zhì)，例如中子星的磁場(chǎng)和中子星的質(zhì)量、黑洞的質(zhì)量和黑洞的自轉(zhuǎn)等作出新的檢測(cè)，也可以了解它們?yōu)楹螘?huì)有各類各樣的活動(dòng)性；
第四，對(duì)宇宙進(jìn)行“監(jiān)視”，我們預(yù)期每年能發(fā)覺幾十個(gè)到幾百個(gè)伽瑪射線暴，其實(shí)假如有些伽瑪射線暴將來能和引力波風(fēng)波構(gòu)建關(guān)系，將會(huì)成為比較重要的進(jìn)展。
必須強(qiáng)調(diào)，科學(xué)研究中不乏意外收獲，我們非常期盼HXMT能帶來意外的驚喜~
來源：《光明晚報(bào)》2018年1月31日、中國科普博覽（ID：）
