淺談X射線天文

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淺談X射線天文

X射線是大家再熟悉不過的物理概念了，它在1895年由德國物理學家倫琴發現，因此又稱倫琴射線。X射線是一種能量非常高的輻射，是核外電子產生的短波電磁輻射，其波長範圍一般在0.001nm到1nm之間，其中比0.1nm短的叫硬X射線，反之則叫軟X射線。到目前，X射線相關領域的研究已經獲得了8次諾貝爾獎，包括諾貝爾物理獎和醫學獎。隨著科技的發展，X射線已經深入到我們生活之中，例如醫院的X光片和機場的安檢設備等。在我國的X射線天文「秘密武器」即將發射之際，小編帶著大家談談X射線在天文學上的應用。

德國物理學家倫琴，第一個諾貝爾物理學獎得主

我們生活的宇宙是一個充滿各種波段輻射的宇宙，包括紅外線、可見光、紫外線、X射線和伽馬射線等。許多天體，例如活動星系核（AGN）、脈衝星、X射線雙星、超新星遺迹乃至太陽等都會發射X射線。其中，X射線最主要的來源是黑洞與中子星，這兩種天體的共同點便是具有非常強的引力場。利用X射線，我們能推測其產生的環境，並更全面地探索這些天體的性質。

天文學上的波段

X射線天文的研究可以追溯到1949年9月，當時美國海軍研究實驗室的研究人員利用火箭搭載的蓋革計數器首次探測到了太陽日冕發出的X射線，並由此證明了太陽也是一個X射線源。而在1962年，里卡多·賈科尼率領的團隊為X射線天文的研究做出了卓越的貢獻，並發現了天蠍座中的強X射線源——天蠍座X-1。後來賈科尼因為在X射線天文學方面的先驅性工作被授予了2002年諾貝爾物理學獎。目前，X射線天文相比於其他波段的天文研究來說，仍是一個很年輕的領域。

里卡多·賈科尼，美籍義大利裔科學家

建造完成的HXMT衛星

文章的開頭我們提到了我國X射線的秘密武器，實際上就是硬X射線調製望遠鏡（HXMT）。硬X射線調製望遠鏡是由高能物理研究所的李惕碚院士、張雙南研究員、盧方軍研究員、曹學蕾副研究員以及來自清華大學、國防科工局、國家空間科學中心、航天五院等部門和單位的科研人員共同設計和製作的，是目前世界上最先進的X射線望遠鏡，也是世界上同類型望遠鏡中解析度很高、觀測非常靈敏的一台。硬X射線調製望遠鏡由中科院高能物理所李惕碚院士於1993年首先提出，經過多年努力於2011年正式立項，2016年完成建造，目前衛星已經在我國酒泉衛星發射場等待發射。

HXMT的觀測能力十分強大，摘自張雙南研究員的PPT

事實上，HXMT的設計概念早在20世紀90年代就已經提出。當時，探索宇宙中超大質量黑洞的分布是一個非常有開拓性的想法，而高能物理研究所的科學家們那時已經完成這台望遠鏡的初步設計，並繼續利用氣球進行測試。但由於種種原因，該項目直到2001年的年底才獲得撥款。不過，令人欣喜的是，今天它終於排除萬難，即將在太空一展雄姿了。

HXMT的倩影

HXMT吸引了全世界天文學家的目光，我們的合作夥伴，歐空局的科學家阿爾溫德·帕馬甚至說：「我十分期待第一個數據的來臨……對於歐空局和中國，最令人期待的合作就是HXMT了！」

HXMT的任務之一：全天巡天觀測

除了這台硬X射線調製望遠鏡之外，在不久的將來，中法合作的太空望遠鏡項目——天基多波段空間變源監視器（Space Variable Objects Monitor，簡稱SVOM）等高能天體研究領域的衛星也會翱翔天際。當然，除了空間衛星之外，我國的地表和地下的各種探測器、望遠鏡等都正在有條不紊地進行觀測，或者緊鑼密鼓地籌備中。例如，同樣來自高能所的羊八井宇宙射線探測器陣列就在宇宙射線研究領域獨樹一幟。我們有理由相信，我國的天文研究將發展地更快更好！