带着“慧眼”探秘宇宙

作者: 金秋

2017年6月15日,我国酒泉卫星发射中心将一双“慧眼”——硬X射线调制望远镜卫星送入太空。“慧眼号”是我国首颗空间X射线天文卫星。在长征四号乙运载火箭的帮助下,“慧眼号”顺利进入了高度550千米、倾角43度的近地轨道,成为在轨运行的X射线天文卫星大家族的一员。它将带我们去探索神秘的宇宙:被黑洞吞噬的星星、疯狂旋转的脉冲星、宇宙深处的爆炸……

基本档案

姓名:硬X射线调制望远镜卫星

发射时间:2017年6月15日11时00分

交付时间:2018年1月30日

重量:2.7吨

设计寿命:4年

结构:立方体构型,分舱式结构,包括服务舱和载荷舱两部分。

“慧眼”结构示意图

载荷舱:

核心部件为三台高能、中能、低能X射线望远镜,相当于一个小型空间天文台。另外,载荷舱还搭载了一台空间监测器,协助卫星正常工作。

服务舱:

采用“资源二号”卫星平台,实现供配电、处理和下传数据、接收遥控遥测指令和数据等功能。

知识小链接:

X射线和可见光一样,本质上都是电磁波,只是波长与能量不同。X射线的波长比可见光的波长更短,光子能量比可见光的大几万至几十万倍。能量越高,波长越短,X射线也就越“硬”,通常我们把波长在0.01纳米~0.1纳米之间的X射线称为硬X射线。而在宇宙中,有的天体根本不会发出可见光,有的则被厚厚的尘埃所遮挡,它们的踪迹只有在我们用X射线波段观察时才能发现,而普通的光学望远镜无法获得天体的X射线图像。但是,当我们拥有“慧眼”后,就能利用它来对X射线源的成像进行观测啦。

“慧眼”“慧”在哪里?

“慧眼”虽名叫“硬X射线调制望远镜卫星”,但它的本领远不止此,它首次实现了1千电子伏特~250千电子伏特的能区全覆盖,能够从不同能段观测和研究X射线天体的辐射机制。而且“慧眼”的探测面积是国际上同能区探测器中最大的。另外,“慧眼”的视场也很大,完成对银道面(天球上沿银河画出的一大圆称为银道,银道所在的主平面即为银道面)的扫描只需要约两天的时间。“慧眼”是准直型望远镜,具有观测亮源的优势,不怕被宇宙中的强光晃“瞎眼”。不仅如此,“慧眼”还是目前世界上面积最大、灵敏度最高的伽马暴探测器哦!

“慧眼”看哪里?

1.对银道面进行“巡逻”,发现新的高能变源和已知高能天体的新活动;

2.长期观测黑洞、中子星等高能天体,帮助我们认识这些天体的活动过程和演化机制,了解它们的基本性质;

宇宙中最剧烈的现象之一——伽马射线暴

3.利用“1千电子伏特~250千电子伏特的能区全覆盖”这一绝招,获得新的伽马射线暴及其他爆发现象的能谱和观测数据,研究宇宙深处大质量恒星死亡、中子星并合以及黑洞形成的过程;

4.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。

背后的故事

“慧眼”把中国带入了X射线天文学时代,但是这项成就并不是一蹴而就的,在它的背后,是一段漫长而艰辛的科研之路。

早在20世纪50年代,以张文裕和萧健为首的老一代科学家就在云南东川海拔3200米的落雪山开始了用硬X射线观测宇宙的研究。1993年,李惕碚提出了基于直接解调方法的硬X射线调制望远镜的设想。为了争取支持,李惕碚和他的团队四处奔走,虽然遭遇了很多挫折,但从来没有灰心。他们时刻关注国际上卫星研究的最新进展,不断深入研究,攻克难关。2011年,硬X射线太空望远镜与暗物质卫星等一起被列入了我国“十二五”空间战略先导专项。

硬X射线调制望远镜的“成像”难题虽然已经被成功解决,但是在研制和具体实施等方面仍然面临诸多难题。不仅如此,国际技术封锁对于“慧眼”的研发团队来说,也是一个大难题。一些国家为了保护自己的先进技术,禁止精密仪器的出口。于是,研发团队自力更生,走上了自主研发的道路,虽然走了不少弯路,但是经过无数次失败之后,“慧眼”终于面世了。

2017年10月16日,双中子星并合产生引力波(GW170817)联合观测成果全球发布,这可是天文界的大新闻。在这次具有历史性意义的全球联测中,“慧眼”也做出了重大贡献——确定了伽马射线的流量上限。相信在今后的日子里,“慧眼”一定会带给我们更多关于宇宙的惊喜。

“慧眼”在轨运行示意图

(插画绘制/三公主)