斗转星移、绕行伴飞、神秘黑洞张开大嘴吞噬光线,超新星突然爆发、中子星意外形成……各类天体在神秘的太空演绎着自己的故事。
昨天,深邃而神秘的宇宙迎来中国新客——硬X射线调制望远镜卫星(HXMT)“慧眼”在太空中登场。
科技日报记者付毅飞摄
“慧眼”成为我们中国人第一个真正意义上的太空望远镜,通过它可以让我们更加深入的观察宇宙样貌、探索宇宙奥秘。
6月15日11时00分,中国在酒泉卫星发射中心采用长征四号乙运载火箭,成功发射首颗X射线空间天文卫星“慧眼”。该卫星英文名简称HXMT,图为研制团队按照惯例,排成相应字母并与卫星合影,以此祈愿成功发射。(中新社发航天科技集团五院 供图)
“慧眼”卫星成为国际天文望远镜卫星俱乐部的一员,与蜚声国际的哈勃、钱德拉并肩作战。这颗由中国航天科技集团公司五院抓总研制的我国首颗X射线天文望远镜卫星,不仅开辟了通过宇宙探索新窗口寻求物理科学突破的新纪元,更赶在美国NASA“超越爱因斯坦计划”黑洞发现者上天之前,成为国际上发现黑洞的重要装置,是2020年前世界主打数据源。
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图为硬X射线调制望远镜卫星运行示意图。国防科工局供图
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深度“解剖”硬X射线调制望远镜卫星
素材来源:北京空间飞行器总体设计部
基本设计介绍:
卫星设计寿命4年,呈立方体构型,总质量约为2500 kg,装载高能、中能、低能X射线望远镜和空间环境监测器等4个探测有效载荷,可观测1~250keV能量范围的X射线和200keV~3MeV能量范围的伽玛射线。
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注明:何谓X射线,人们并不陌生,不管是医院体检照射的X光,还是机场过安检,采用的都是这种X射线——一种波长小于1nm的电磁波。不过,这些大多只是低能的X射线,随着穿透力的提升还有中能和高能X射线,相应的专业名词就是极软X射线、软X射线和硬X射线。这次发射的就是硬X射线调制望远镜卫星(HXMT卫星平台)。
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特色成像方法:
卫星采用直接解调成像方法,通过扫描观测可以完成宽波段、高灵敏度、高分辨率的空间X射线成像,具有复杂的热控保障、对地测控与数传保障以及载荷长期工作下的能源保障能力。
五大技术优势:
第一,“本领大”,可以对宇宙天体高能事件实现全天时、大范围观测,无论白天还是黑夜,24小时分秒必争,一刻不停的洞察着不为人知的黑洞、突然爆发的天文现象;
第二,“眼神好”,“慧眼”随身携带着高、中、低能X射线望远镜和空间环境监测器,成为世界上目前已经应用的同类探测器中探测面积最大的一位,超高的灵敏度能够及时捕捉到绝大多数天体发出的X射线,开展全谱段探测,甚至连暗、弱天体目标也逃不出它的“法眼”;
第三,“多面手”,除了进行X射线的探测,还可以对伽马暴等各种天体现象的探测,这在国外同类望远镜卫星中尚属首次,对于推动突发天体现象研究的深入意义重大;
第四,“招数多”,全天区扫描、小天区扫描、定点观测都可以被轻松实现,通过高灵敏度和时间分辨率的深度巡天,绘制出高精度的硬X射线天图,从而填补这一国际上的观测空白;
第五,“身体壮”,通过精湛的设计和制造技术,打造出高可靠、高稳定、高安全的卫星平台,使得“慧眼”能够在各种极端条件下都能够顺利地执行任务。
我们举几个例子来看:
寻找恒星级黑洞:
当黑洞撕碎邻近恒星的时候,就会在其周围产生一个明亮的吸积盘,靠近黑洞的辐射主要是X射线辐射,因此硬X射线调制望远镜的巡天观测有可能发现这些新的X射线源。
但是黑洞什么都不放过,连光都不行,那么又该如何观测呢?中科院高能所硬X射线调制望远镜载荷分系统专家宋黎明这样回答:“我们看到的不是黑洞的世界,黑洞里面的世界我们是看不到的,因为黑洞引力场非常强,它会把空间的物质给吸进去,就是所有物质被‘黑洞’的引力俘获后不可能直接掉入黑洞,有一些会有角度,会打到边上再被吸进去,就是绕转以后再落到黑洞里面去,这个过程里会形成信息盘等一些结构,这个结构会辐射X射线,我们看的就是这个信息盘上和它里边的活动,X射线的辐射来去推测黑洞的性质,包括自旋等。”
看看引力波:
在某些引力波的产生体(比如黑洞和中子星的合并体)周围有可能会有电磁波对应体,硬X射线卫星就有可能观测到。
还有脉冲星、磁中子星、X射线暴、伽马射线暴等等,一大波高能袭来……
中子星想象画
目前,国际上在轨运行的X射线天文卫星共有7颗,与它们相比,我国的硬X射线调制望远镜卫星“牛”在哪儿?
国际上在轨运行的X射线天文卫星,它们的本领也非常高,有些也带有聚焦望远镜,但恰恰由于它们的灵敏度过高,导致对非常亮的源反而看不了,而“慧眼”则因为有高能、中能和低能三种X射线望远镜,所以能在数据的获得中遥遥领先。
三大优势让“慧眼”这位“太空新兵”与众不同:
大天区、大有效面积的宽波段X射线扫描巡天观测能力,可以更有效地发现处于爆发态的X射线暂现源;
大面积、宽波段、高时间分辨率、高能量分辨率的定点观测能力,可以高统计量地研究X射线快速光变和能谱快速变化;
具有国际上硬X射线和伽马射线能段最大面积的探测器,使它成为这一能段天空中最灵敏的探测器。