硬X射线调制望远镜卫星“慧眼”

那英所唱的《雾里看花》歌曲中有这样一句歌词：“借我借我一双慧眼吧，让我把这纷扰看得清清楚楚明明白白真真切切”，要想了解宇宙的奥秘，迫切需要有这样的“慧眼”。6月15日，我国在酒泉卫星发射中心采用长征四号乙运载火箭，成功发射了一颗卫星，这颗卫星的全名是硬X射线调制望远镜卫星（HXMT），简称“慧眼”，它能穿过星际物质的遮挡“看”到宇宙中的X射线，相当于我国在空间探测领域多了个眼睛。

1．为什么要发射望远镜卫星？

生活中，X射线能透过许多对可见光不透明的物质，如墨纸、木料等，这种肉眼看不见的射线可以使很多固体材料发生可见荧光，在医学成像或摄影时常常会见到它们的身影。不过，这些大多只是低能的X射线，它们的能量有限，能穿透的不透明物质的厚度也有限。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）。

在浩瀚的宇宙中，脉冲星、伽玛射线暴、超新星遗迹、黑洞等都会辐射出X射线，如果可以接收到这些射线加以分析，就能勾画出这些天体的轮廓。但是，从遥远的宇宙深处传递过来的X射线是无法穿越地球大气层的，科学家只有在高空或者大气层以外才能观测到天体的X射线辐射。1970 年，美国发射了第一颗X射线天文卫星，实现了X 射线巡天，开创了空间高能天文的新领域，打开了人类观测宇宙的新窗口。 

2．“慧眼”的结构和主要任务

我国硬X射线调制望远镜卫星工程2011年3月立项。此次发射的卫星本体呈立方体构型，设计寿命4年，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（千电子伏特）能量范围的X射线，主要工作模式包括巡天观测、定点观测和小天区扫描模式。

通过巡天观测模式，它能实现对全天球的扫描覆盖观测，通过小天区扫描模式，它能实现对X射线密集的局部天区的深度成像观测。而定点观测模式，主要是对X射线双星等特定目标源进行长时间固定的方向的观测。此外，它还能对伽玛射线暴进行全天观测，这样它就成了国际上目前面积最大的伽马射线暴探测器。

目前，国际上包括美国和欧洲在内，在轨运行的X射线天文卫星有7颗。它们的本领非常高，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。

3．对黑洞的观察最令人期待

“慧眼”这次任务中，最受关注的莫过于对黑洞的观测，因为黑洞或许正是人类进入另一个“世界”的入口。根据爱因斯坦相对论，当一颗垂死恒星崩溃，它将聚集成一点，这里就可能成为黑洞，它的密度无限大、体积无限小，热量无限大，能够吞噬邻近宇宙区域的所有光线和任何物质。黑洞其实是一个致密天体，那么，其“致密”的密度究竟有多高呢？

位于“黑洞”和白矮星中间的“中子星”整体的质量大概是三个太阳，它的半径只有10公里，这是极端致密的物质状态。由于质量集中在非常小的一个范围内，引起了空间上的改变，它的引力效应在这上面非常显著。

中子星引力大，黑洞引力更大。如果黑洞什么都不放过，连光都不行，那么又该如何观测呢？其实，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，但所有物质被“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，我们可以通过观察X射线的辐射来了解信息盘上和它里边的活动，由此去推测黑洞的性质，包括自旋等。

4．“慧眼”向中国的天文学家全面开放

作为我国首颗真正意义上的空间X射线望远镜和一个小型空间天文台，HXMT卫星向中国的天文学家全面开放，面向全国征集科学观测提案，并引导我国和国外地面天文设备对高能活动天体开展多波段联合观测，实现天地一体联合观测。同时，HXMT也将协同国际上其他在轨运行的天文卫星，开展对重要天体的联合观测。

　　据了解，HXMT卫星发射入轨之后的第5天将对HXMT的科学仪器加电开始为期5天的整体功能测试，然后进行为期140天的仪器性能测试、在轨标定观测和试观测，计划于2017年11月进入常规科学观测。