“慧眼”五周年，硬X射線洞悉宇宙奧秘

今年6月，“慧眼”衛(wèi)星迎來在軌運行5周年。按照設(shè)計，它的壽命只有4年，由于它的運行狀態(tài)一切正常，各項性能依舊良好，所以科學家們召開衛(wèi)星延壽會議，決定讓它再干兩年。目前，衛(wèi)星平臺星載燃料可以滿足多次軌道提升，預(yù)期衛(wèi)星還可以穩(wěn)定運行數(shù)年。

“慧眼”衛(wèi)星全稱是硬X射線調(diào)制望遠鏡衛(wèi)星，是我國的第一顆X射線天文衛(wèi)星。它運行在550公里的近地圓軌道上，主要用來觀測研究黑洞、中子星、伽馬射線暴等。它也是一架來之不易的太空望遠鏡，從1993年項目提出，到衛(wèi)星項目立項，再到衛(wèi)星發(fā)射升空，足足用了24年，凝聚了我國幾代科學家的智慧和心血。

“慧眼”衛(wèi)星主要通過觀測宇宙中天體輻射的X射線來實現(xiàn)科學目標。X射線本質(zhì)上和可見光一樣都是電磁波，只不過X射線的波長更短，如果用一臺普通的光學望遠鏡對準X射線天體源，根本無法獲得X射線的圖像。為了解決這一難題，科學家們想了很多解決辦法，比如發(fā)明掠射式鏡面，但其制作難度很大。

我國科學家在算法上另辟蹊徑，提出了直接解調(diào)成像法。硬X射線調(diào)制望遠鏡就是隨著這個方法的提出應(yīng)運而生的。20世紀90年代初，中國科學院高能物理研究所的李惕碚院士和吳枚研究員在不斷探索中找到了一種新的算法，即使無法實現(xiàn)聚焦，仍然可以有效地將解調(diào)之后的信號還原成圖像，這種方法被稱為直接解調(diào)技術(shù)，獲得了令人滿意的準確度。李惕碚院士結(jié)合掃描探測技術(shù)與這種圖像處理技術(shù)，提出了硬X射線調(diào)制望遠鏡的概念，希望這種簡單成熟的方法能彌補國內(nèi)技術(shù)上的缺陷，對硬X射線源做成像觀測，得到“天圖”。

硬X射線調(diào)制望遠鏡只是沿用了最初的名字，其實早已不再局限于硬X射線這一能段，它包含高能X射線望遠鏡、中能X射線望遠鏡和低能X射線望遠鏡，首次實現(xiàn)了1—250千電子伏特的能區(qū)覆蓋，有利于從不同能段來觀測和研究X射線天體的輻射機制。衛(wèi)星首席科學家張雙南又創(chuàng)造性地添加了觀測伽馬射線暴的任務(wù)，使衛(wèi)星的能量覆蓋范圍在原來的基礎(chǔ)上又擴大了10倍，到3兆電子伏特。

“慧眼”衛(wèi)星帶著獨特的優(yōu)勢上天在軌運行5年，積累了豐富的科學數(shù)據(jù)，也產(chǎn)出了一系列的重大科學成果。比如，“慧眼”衛(wèi)星確認了快速射電暴起源于磁星爆發(fā)，破解了快速射電暴起源之謎，直接而且可靠地測量到了迄今宇宙最強磁場；“慧眼”衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)了距離黑洞最近的相對論噴流，發(fā)現(xiàn)了黑洞雙星中逃離黑洞強引力場向外高速運動的等離子體流（簡稱冕），并首次在黑洞雙星中觀測到冕的速度演化。

“慧眼”衛(wèi)星開展了X射線脈沖星導航實驗，監(jiān)測到了全球首個雙中子星并合引力波事件，完整探測到了第二十四太陽活動周最大耀斑的高能輻射過程，首次清晰觀測到了黑洞雙星爆發(fā)過程的全景，它已經(jīng)在引力波伽馬射線暴、快速射電暴、黑洞和中子星等方向都作出了重要的貢獻。