6月15日，中國(guó)首顆X射線天文衛(wèi)星“慧眼”從酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心升空。這是現(xiàn)場(chǎng)圖片。（王強(qiáng)攝）
6月15日，中國(guó)首顆X射線天文衛(wèi)星“慧眼”從酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心升空。記者 全曉書 攝影
這是HXMT衛(wèi)星有效載荷示意圖。（來(lái)源：中科院高能所）
高能準(zhǔn)直器主管設(shè)計(jì)師清華大學(xué)金永杰教授團(tuán)隊(duì)。（來(lái)源中科院高能所）
中國(guó)首枚X射線天文衛(wèi)星“慧眼”已被穩(wěn)穩(wěn)地放置在距地球550公里的近地圓軌道上，對(duì)著銀河系高能天體展開(kāi)快速的“巡天”掃描。人們不禁好奇，它和著名的錢德拉X射線天文臺(tái)、美國(guó)NuSTAR衛(wèi)星有何區(qū)別？
人類第一個(gè)X射線天文衛(wèi)星叫“烏呼魯”，是美國(guó)科學(xué)家1970年在肯尼亞發(fā)射升空的?！盀鹾趑敗痹诋?dāng)?shù)厮雇呶骼镎Z(yǔ)中意為“自由”，它也確實(shí)打破了人類認(rèn)識(shí)宇宙的一道枷鎖。從那時(shí)起，人們開(kāi)始用X射線“巡天”，觀察宇宙天體的高能過(guò)程。
47年過(guò)去了，剛剛升空的中國(guó)“慧眼”是不是來(lái)遲了？畢竟太空中，不少X射線探測(cè)器來(lái)來(lái)回回，硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡（HXMT）有什么技術(shù)優(yōu)勢(shì)？
優(yōu)點(diǎn)一：能區(qū)寬全覆蓋
能區(qū)寬是什么意思？理解為“管得寬”就好啦！雖然HXMT的中文全稱叫硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡，但那是因?yàn)?011年立項(xiàng)時(shí)是這么寫的。實(shí)際上，這顆衛(wèi)星從1993年就有雛形了。
從1993年到2011年，整整18年過(guò)去了。其他國(guó)家的X射線探測(cè)技術(shù)也沒(méi)閑著啊，搶先發(fā)現(xiàn)了不少HXMT原定的科學(xué)目標(biāo)。眼看科學(xué)機(jī)遇的“大門”越關(guān)越窄，中國(guó)高能物理學(xué)家們不斷給它加上了新的神器：在高能X射線望遠(yuǎn)鏡之外，又增加了低能、中能X射線探測(cè)器。
這樣，同時(shí)具有高、中、低能望遠(yuǎn)鏡，HXMT實(shí)際上是一個(gè)太空天文臺(tái)。它首次實(shí)現(xiàn)了1—250keV的能區(qū)全覆蓋，能譜范圍達(dá)250倍，而一般光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的能譜范圍不到2倍。這樣它就可以在很寬的X射線波段內(nèi)做精細(xì)研究，完成以前需要多顆衛(wèi)星同時(shí)觀測(cè)的任務(wù)。
優(yōu)點(diǎn)二：面積大信號(hào)多
鏡面望遠(yuǎn)鏡由于受到制造工藝的限制,一般面積比較小。而HXMT的探測(cè)面積很大,探測(cè)到的信號(hào)就會(huì)更多。信號(hào)越多,就越有可能發(fā)現(xiàn)其他望遠(yuǎn)鏡看不到的現(xiàn)象。
“對(duì)于同樣能被觀測(cè)到的源,你探測(cè)到的光子數(shù)少,而我探測(cè)到的光子數(shù)多,我就會(huì)比你發(fā)現(xiàn)更多的特性?！眳⑴cHXMT項(xiàng)目的青年科學(xué)家熊少林這樣概括大面積的優(yōu)勢(shì)。
優(yōu)點(diǎn)三：視場(chǎng)大巡天快
HXMT還具有視場(chǎng)很大的優(yōu)勢(shì),可以在兩天左右時(shí)間內(nèi)完成銀道面的掃描。而鏡面望遠(yuǎn)鏡由于視場(chǎng)很小,掃描一片天區(qū)需要花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間,所以一般只做定點(diǎn)觀測(cè)。
“我們知道,天空中有很多暫現(xiàn)源，毫無(wú)征兆地就爆發(fā)了，又會(huì)毫無(wú)征兆地消失。掃描觀測(cè)可以進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，比較容易發(fā)現(xiàn)這些暫現(xiàn)源?！毙苌倭终f(shuō),“對(duì)于一個(gè)已知源，當(dāng)然也有可能取得新發(fā)現(xiàn)。但對(duì)于一個(gè)新的源，新發(fā)現(xiàn)的概率更大，甚至是全新的、聞所未聞的現(xiàn)象。
優(yōu)點(diǎn)四：看多亮的源也不會(huì)晃瞎眼
在觀測(cè)X射線低能段時(shí)，往往會(huì)遇到光子堆積的問(wèn)題。這是因?yàn)閄射線有一個(gè)特性：能量越低，光子數(shù)量越多。這樣，探測(cè)器就無(wú)法把這多個(gè)光子區(qū)分開(kāi)，也就測(cè)不清楚了。
HXMT的一大優(yōu)勢(shì)就是,其低能望遠(yuǎn)鏡在觀測(cè)強(qiáng)源時(shí)，沒(méi)有光子堆積效應(yīng)。而聚焦型望遠(yuǎn)鏡不適合觀測(cè)強(qiáng)源，因?yàn)樗鼤?huì)把所有X射線的光子都聚到一點(diǎn)上,曝光量過(guò)大。所以一看太亮的源，它“眼前“就白茫茫一片。
優(yōu)點(diǎn)五：“死時(shí)間”短效率更高
在探測(cè)X射線高能段時(shí)，常常會(huì)遇到另外一個(gè)問(wèn)題：“死時(shí)間”。它的意思是：當(dāng)高能探測(cè)器正忙于處理前一個(gè)入射光子時(shí),恰好又有一個(gè)光子打到探測(cè)器上。但探測(cè)器對(duì)第二個(gè)光子無(wú)暇響應(yīng),就好像死了一樣。探測(cè)器對(duì)光子不做響應(yīng)的這段時(shí)間,就是“死時(shí)間”。
“我們專門為此進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì),來(lái)縮短‘死時(shí)間’。因此我們的高能探測(cè)器得到的信號(hào)也更多更準(zhǔn)確。這對(duì)于幫助我們最終搞清楚X射線天體的輻射機(jī)制是非常有幫助的?！盚XMT高能望遠(yuǎn)鏡主任設(shè)計(jì)師劉聰展說(shuō)。
優(yōu)點(diǎn)六：“變廢為寶”觀測(cè)伽馬暴
HXMT首席科學(xué)家張雙南創(chuàng)造性地為這顆衛(wèi)星開(kāi)發(fā)了一個(gè)新功能——觀測(cè)伽馬暴。這實(shí)際上使用的是高能望遠(yuǎn)鏡主探測(cè)器中原本用于屏蔽本底X射線光子的碘化銫晶體。根據(jù)張雙南的建議，團(tuán)隊(duì)的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)只要對(duì)探測(cè)器工作高壓做適當(dāng)調(diào)整,就完全可以用其來(lái)研究伽馬暴。
正是由于這種“變廢為寶”的創(chuàng)新設(shè)想,HXMT在觀測(cè)伽馬暴時(shí)都不需要正對(duì)著目標(biāo)源,而且觀測(cè)能譜隨時(shí)間的變化非常好?！拔覀冇酶吣芴綔y(cè)器來(lái)觀測(cè)伽馬暴,它的面積是目前世界上最大的,靈敏度也是最好的。這樣,我們就可以看到比較弱的伽馬暴?！毙苌倭终f(shuō)。
如今，HXMT將和多顆先進(jìn)的空間X射線天文衛(wèi)星同“天”觀測(cè)?！昂髞?lái)者”能居上嗎？這點(diǎn)不用擔(dān)心。宇宙對(duì)于人類來(lái)說(shuō)依然深不可測(cè)，觀測(cè)手段每前進(jìn)一步，都有機(jī)會(huì)進(jìn)一步拓展我們認(rèn)知的版圖。擁有七大技術(shù)優(yōu)勢(shì)的HXMT可謂“好飯不怕晚”。
面對(duì)這些怪異天體的“大象”，德國(guó)圖賓根大學(xué)天文與天體物理研究所科學(xué)家安德烈·圣安杰洛說(shuō)，有了HXMT，科學(xué)家將不再是盲人摸象，而是能從頭到尾摸到它的全身。
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