HXMT硬X射線調制望遠鏡衛星科學觀測（二）

特點：能量覆蓋面積廣儀器幾何面積大望遠鏡視場寬

張雙南老師具體解釋說，首先，這個X射線的儀器覆蓋的范圍是比較廣的，覆蓋從1kev到300kev左右，有基本上300倍的能量覆蓋的范圍，如果再加上對伽馬射線暴的探測能力，到3000個kev，覆蓋的范圍就有3000倍，很少有這樣一個衛星能有這樣寬的光子覆蓋范圍。

另外，就是涉及到的儀器，我們儀器的幾何面積是比較大的。比如，高能段儀器的幾何面積達到了5000平方厘米，這是在這個能量段最大的面積。

此外，望遠鏡的視場是比較寬的，它適合做一些天體物理的研究。比如，我們將會對中子星和黑洞進行非常高統計量、高波段的研究，這是以前的天文望遠鏡或者X射線望遠鏡比較難做到的。由于視場相對比較寬，面積又比較大，這樣我們對于銀河系內的一些比較弱的源變化就會比較敏感，所以我們會對銀河系進行巡天的工作，來搜尋銀河系內有多少像這樣的比較暗弱、隨時間變化的天體，這對我們理解銀河系內的中子星和黑洞都是非常重要的。

它和其它望遠鏡不同，并不是說它比其它的望遠鏡好，而是指在某些方面我們有自己的特色，在這些方面我們能夠做得好一些，所以我們的科學觀測也就圍繞著優勢進行。

HXMT衛星巡天觀測模式示意圖

三種觀測模式：掃描巡天、定向觀測和定點監測

HXMT衛星的觀測主要是有三種模式。簡單的說就是，掃描巡天模式、定點觀測的模式和伽馬射線暴監測模式。

首先，掃描巡天模式。我們預測銀河系里有很多中子星和黑洞，但是它們在哪里，都是什么樣子的，很多都還沒有發現，所以這個衛星會對銀河系進行掃描和巡天的工作；

其次，定向觀測模式。我們已經知道了一些天體源，或者通過巡天發現的天體源，我們會用望遠鏡指向它，這就叫做定向觀測；

最后，伽馬射線暴監測模式。這相當于守株待兔的模式，如果有一些非常強烈的伽馬射線暴被發現，儀器就會監測到這個高流量的信號到達，我們會來提供一個警報來進行后續的觀測等等。

對于這三種模式，張雙南老師舉了一個很形象的例子，“就像有一個男生，在天安門廣場發現有美女，他就很仔細地在茫茫人海當中想找到一個美女，找到之后，他會仔細地盯著這個美女去欣賞，這相當于我們的第二種模式，定向觀測。然后還有可能某個地方出現了某個女神、某個電影明星，她引起了轟動，他立刻轉過去盯著這個女神看，所以這樣有一點像這三種過程，掃描以及定向和監測的過程。”

獲取一手數據未來有望取得的進展

觀測后，HXMT衛星主要在四個方面有可能取得比較大的進展：

第一，預計會發現一批新的天體源，主要是中子星和黑洞為主的新的高能天體；

第二，對一批比較亮的中子星和黑洞進行定點觀測；

第三，我們有可能會對中子星和黑洞的基本的性質，比如中子星的磁場和中子星的質量、黑洞的質量和黑洞的自轉等做出新的測量，也可以了解它們為什么會有各種各樣的活動性；

第四，對宇宙進行“監視”，我們預期每年能發現幾十個到幾百個伽馬射線暴，當然如果有些伽馬射線暴將來能和引力波事件建立關系，將會成為比較重要的進展。

同時，必須指出，科學研究中不乏意外的收獲，我們也十分期待HXMT能帶給我們意外的驚喜。

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很多人覺得這個衛星的名字“硬X射線調制望遠鏡”，包括它的英文“Hard X-ray Modulation Telescope”以及英文縮寫“HXMT” 光讀下來就比較困難，更別說理解它用來做什么了，看來它真的是名如其星，令人感到晦澀難懂。

關于這顆衛星，你一定有很多的問題很好奇吧，下面為大家一一解答。

什么是“硬X”射線，什么是“調制”？

我們先從它的名字說起。

名字中的硬X射線是相對于軟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），具有很強的穿透能力，醫院里人體透視檢查用的就是它。而它對應的能量較低的（約10 keV以下）的電磁波就叫作軟X射線。

硬X射線波長很短，所以很難用光學望遠鏡成像，因而對于硬X射線的探測，國際上的普遍辦法之一便是采用準直型望遠鏡對其進行探測，但是，準直型望遠鏡的缺點在于它會損失很多探測光子的信息，從而導致這種方法的探測結果精度較低。

在上個世紀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學手段，直接對探測器陣列的掃描數據進行求解成像，這一直接解調法能夠使低分辨的非成像探測器實現高分辨成像，調制望遠鏡中的“調制”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射線調制望遠鏡衛星讀起來繞口這一問題，HXMT科學家團隊可謂煞費苦心，在面向社會廣泛征名的情況下，他們最終為其醞釀了一個好聽的名字叫做“慧眼”，英文名字“Insight”。

這個名字也代表了HXMT科學家團隊的心愿——用來紀念我國高能天體物理奠基人之一何澤慧院士，希望這架空間望遠鏡能如她的眼睛一樣，尋找高能天體的美麗風景。同時也期冀HXMT衛星慧眼如炬，能穿過星際物質的遮擋發現黑洞，探索極端宇宙的內在美。

至于她的昵稱嘛，繼續往下看，后文中再揭曉嘍……

HXMT衛星研究什么？

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

大家都知道，所有物體都會向外輻射電磁波，電磁波根據波長可分為：射電、紅外線、可見光、紫外線、X射線、伽馬射線，宇宙到達地球的電磁波，經過大氣層的阻擋，最終到達地表面的主要是可見光。由于X射線和伽馬射線無法穿透地球大氣層，所以想觀測宇宙中的各種天體的行為，只能借助太空望遠鏡。

今天我們發射的這顆HXMT衛星，觀測的范圍是美麗的銀河系，研究的對象主要是黑洞、中子星和伽馬射線暴等致密天體和爆發現象。

黑洞這一早就被大眾所熟知的神秘天體，具有極強的引力場，能吞噬一切包括光線，黑洞是廣義相對論的一個預言，我們研究黑洞可以來驗證廣義相對論。由于黑洞附近的物質的密度和溫度都很高，所以產生的主要輻射是在X射線波段。事實上，天文學家發現的第一顆黑洞天鵝座X-1就是用X射線天文望遠鏡發現的。

中子星是某些恒星演化晚期發生超新星爆發的產物，密度非常高，表面磁場非常強，孤立的中子星和處于雙星系統中的中子星都可以發出強烈的X射線。對于中子星的X射線觀測，可以測量其表面磁場強度等。

伽馬射線暴是來自天空中某一方向的伽馬射線強度在短時間內突然增強，隨后又迅速減弱的現象，它是僅次于宇宙大爆炸的爆發現象；兩個致密天體的并合除了會產生引力波也有可能產生伽馬射線暴，因此觀測伽馬射線暴是探測和研究引力波暴的電磁對應體的重要方式。

我們的HXMT衛星總重量2500kg，運行在550km、傾角43度的近地圓軌道上，設計壽命為4年，主要包括有大天區掃描、定點、小天區掃描和新增的伽馬射線暴監測的工作模式。

其上搭載了四種有效載荷：高能X射線望遠鏡（HE）、中能X射線望遠鏡（ME）、低能X射線望遠鏡（LE）和空間環境監測器（SEM）。可觀測天體1～250 keV能量范圍的X射線/硬X射線，并監測200 keV-3 MeV的硬X射線/軟伽馬射線爆發現象，是我國空間科學研究領域新的里程碑。

空間X射線和伽馬天文是國際競爭激烈的前沿領域。目前，美、歐、日、印度等國家和地區的近10臺先進的X射線和伽馬射線空間觀測設備正在運行，不斷取得重大天文發現。

和發達國家相比，我國的空間科學仍然處于起步階段。與國際上的這些望遠鏡相比，HXMT衛星特色鮮明，具有獨特之處：具有大天區、大有效面積的寬波段X射線掃描巡天能力；大面積、寬波段、高時間分辨率的定點觀測能力；是國際上最大面積的硬X射線/軟伽馬射線能段國際上最大面積的探測器。

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對HXMT衛星的期許是？

從HXMT衛星提出到立項花了將近20年的時間，這一任務來之不易，實現了老、中、青科學家建造屬于我國自己空間天文衛星的理想，HXMT衛星研制團隊對于這顆衛星的感情猶如對自己的子女一般，很難用言語表達。

她的發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、對發出脈沖的中子星進行號脈、監測來自宇宙深處的伽馬射線暴，沒錯，我們給她起了個昵稱“小仙女”，以表達HXMT研制團隊對她的喜愛和美好祝愿。

HXMT衛星在軌運行成功后預期能取得重要原創性的科學成果，如發現新的黑洞和中子星；可以對于黑洞、中子星的性質如中子星的磁場、質量，黑洞的質量、自轉等，給出新的測量結果，了解它們為什么有各種各樣的活動性；以及預期每年能看到上百個伽馬射線暴，等等。

HXMT的成功僅僅是一個開始

高能所在2007年的時候就提出了X射線時變與偏振探測衛星（XTP），作為HXMT的后續任務。目前XTP項目已經吸引到了來自歐、美、日的將近20個發達國家的參與和支持，有望成為有史以來中國發起并領導的由最多發達國家實質性貢獻的大型國際合作科學項目。

eXTP作為X射線波段國際領先的大型空間天文臺，它的科學目標是“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）”，也就是在極端引力、極端密度、極端磁場下，檢驗和發展黑洞和中子星的基本物理規律，它能夠對一批黑洞和中子星的參數做出精確測量，將在解決一系列極端引力、極端磁場和極端能量（密度）等基礎物理問題方面做出突破性貢獻，使我國在空間X射線天文學和相關基礎物理的研究進入國際領先行列。