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慧眼 | 我国成功发射首颗硬X射线调制望远镜卫星

2017年6月15日上午11时,我国在酒泉卫星发射中心用长征四号乙运载火箭,成功发射硬X射线调制望远镜卫星“慧眼”,这是我国首颗大型X射线天文卫星,同时此次发射还搭载了国内国外3颗小卫星。

硬X射线调制望远镜&^%&%&*%*&%——到底是什么意思?

X射线怎么软硬之分?

X射线和可见光一样,也是一种电磁波,但比可见光的能量高很多。因为能量很高,所以X射线的光子通常用keV(电子伏特)来表示,它的能量范围通常定义为从0.1keV到100keV。

不过根据其能量高低也有硬软之分。0.1-10keV之间被称为软X射线,而10-100KeV之间的光子被定义为硬X射线。本次发射的硬X射线调制望远镜携带了三台不同望远镜,覆盖不同的能段:低能望远镜覆盖能段从1-15keV,中能望远镜是从5-30keV,高能是从20-250keV。细心人会发现,超过100KeV已经进入到软伽马线的能段,因此这个望远镜也会在伽马射线天文观测上大有作为。

或许你会疑问为什么叫硬X射线望远镜?其实在望远镜最刚开始提出的时候,只考虑硬X射线能段的设备,但是在后来的论证讨论当中,考虑到软X射线对于观测黑洞等天体的重要性,所以就添加了相关设备,但是名字依旧保留了原来的名字。

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HTMX想象图

调制解调?望远镜与“猫儿”

说到调制解调,很多人会想到“猫儿”,也就是上网用的调制解调器,实际上这里说的调制是硬X射线望远镜使用的独门秘籍——调制成像技术。硬X射线成像不能像医院X光机那样一拍既得,需要获取的图像信息需要被加载到一个载体上,得到的是载体+图像,之后再把这个载体去掉,只剩下最终想要的图像——这就是所谓的调制解调成像。至于与猫儿的关系,它们的道理是相通的。

调制?成像不用镜头?

X射线的成像设备是很难理解的一个事,比如软X射线,玻璃镜头对它无效,只能采用掠射成像技术,用的装置就是个没底没盖的金属桶,当X射线低角度射入,会在桶壁发生掠射,进入到探测器上。当然,实际应用上为了增加效率和分辨率,一般用的是俄罗斯套娃的思路,大桶套小桶。

而对于硬X射线就更难了,需要调制成像技术,比如有个方法是拿筛子当镜头,也就是在前端加一个布满大大小小孔的板子,小孔可以成像,但此时得到的图像是乱的,图像被加载在筛子图上,所以把筛子图去掉就是真实而清晰的图像了,这个方法有一个让人看不懂的名字,叫做“编码孔径调制成像”。

手中无镜心中有镜,硬X射线调制望远镜的“弟弟”

筛子成像虽然分辨率高,但存在灵敏度等诸多问题。上世纪90年代李惕碚老师和吴枚老师建立了直接调制法,简称“DD”法,这个方法是对一个区域进行不同时刻的多次扫描观测,最后得到图像,是一个多快好省的技术。

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黑洞想象画

这个望远镜能看到什么?

好玩的很多,举几个例子:

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。

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……

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中子星想象画

背景链接——

硬X射线调制望远镜卫星设计寿命4年,承载高能、中能、低能X射线望远镜和空间环境监测仪,通过巡天观测、定点观测和小天区扫描3种工作模式,能够实现宽波段、高灵敏度、高分辨率的X射线空间观测。

卫星成功发射和正常运行后,将使我国在X射线空间观测方面具有国际先进的暗弱变源巡天能力、独特的多波段快速光观测能力等,推动我国高能天体物理研究进入世界先进行列。

硬X射线调制望远镜卫星工程是由国防科工局和中国科学院联合组织实施的空间科学项目。卫星、运载火箭分别由中国航天科技集团公司中国空间技术研究院、中国运载火箭技术研究院研制,地面测控系统由西安卫星测控中心负责,中科院国家空间科学中心、遥感与数字地球研究所和高能物理研究所分别负责地面应用系统建设及卫星数据接收、处理、分发和科学应用。这是长征系列运载火箭的248次飞行。

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引力波想象图

果然高能~

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中国国家天文