中國首顆空間天文衛星的神秘使命

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編者按

黑洞是宇宙中最神秘、最詭異的天體之一。關於黑洞，聽過的人很多，了解的人很少，黑洞一直給人一種神秘的感覺，似乎有一種無比強大的力量，常常使人會想黑洞裡面是什麼這樣的問題。在宇宙中，甚至存在比黑洞還要神秘、還要詭異的未知類型天體。帶著人類強烈的探知渴望，「硬x射線調製望遠鏡」經過中國科學家們長達幾十年的精心論證和設計，終於飛向了太空，去替人類揭開籠罩在這些神秘天體周圍的「迷霧」。

「硬x射線調製望遠鏡」是中國首顆空間天文衛星，奇特的名字代表著什麼，究竟有什麼厲害本領？下面就請「硬x射線調製望遠鏡」自己告訴你。

作者：錢航

中國科學院國家空間科學中心博士 現運載火箭技術研究院總體設計部型號設計師

遇到晴朗的夜空，你可能在家裡的陽台上支起三腳架，通過天文望遠鏡去尋找木星的衛星或是土星的光環。但如果讓你去尋找黑洞，你一定找不到。甚至，通過天文台的望遠鏡也很難透徹地研究清楚黑洞這樣的天體，這就要藉助我們空間天文衛星了。如你們所熟知的，通信衛星提供通信信號，導航衛星提供導航信號，氣象衛星拍攝雲層，而我們是衛星世界中比較特殊的一類家族，用來觀測宇宙天體和其他空間物質。我們在離開地面幾百公里或更高的軌道上運行，因為沒有大氣層的阻擋，我們身上所載的儀器能接收到來自天體的從無線電波段到紅外波段、可見光波段、紫外波段直到x射線波段和γ射線波段的電磁波輻射，可以說，我們是人類安置在太空的「千里眼」。

當運載火箭將我送入太空時，我的標準體重是2.5噸，相當於一輛小汽車的重量。設計壽命是4年，飛行在距離地面550公里的高度上，並能夠精確地指向宇宙深空某一個方向。我的身體結構可以分為兩個部分：衛星單元、探測器單元（也就是望遠鏡）。

通常把能量較高的x射線稱為硬x射線,波長在0.01納米到0.1納米範圍之間。人們經常說的納米如同厘米、分米和米一樣，是長度的度量單位。1納米即為10億分之一米，相當於4倍原子大小，比單個細菌的長度還要小。波長在0.1納米以上的則稱為軟x射線。

人們所熟知的具有很強穿透力的x射線,僅僅是整個x射線譜中的一部分。根據大科學家愛因斯坦提出的光子說，光是由一份份光子組成，光的傳播是一份份光子的傳播，波長越短,光子的能量越大。對於研究天體極端條件下的動力學過程，「高能」的硬x射線是比x射線更重要的窗口。例如，黑洞吸引周圍物質形成吸積盤，其最後一個穩定軌道內邊緣的溫度達到數百萬上千萬度，發射強烈的軟x射線。而從吸積盤邊緣到黑洞視界的高溫等離子體溫度高達數十億度，這個區域主要發射比軟x射線能量更高的硬x射線。

所以，硬x射線是研究鄰近黑洞強引力場區域時間、空間和物質性質的關鍵波段，而且很多巨型黑洞被塵埃包圍，軟x射線無法穿透，只能用硬x射線探測器去發現它們。

由於需要從觀測數據到真實對象的反演，也就是對黑洞成像，我的獨門絕技是採用直接解調方法，以非線性數學手段，直接解原始的測量方程，實現反演成像。這樣，用簡單的準直探測器掃描數據直接解調成像，解析度高，同時噪音干擾被有效抑制，背景異常乾淨，從而用簡單成熟的硬體技術「調製」就使我可以實現高分辨、高靈敏度的硬x射線巡天。

同你見過所有的帶鏡片的望遠鏡不同，我身上的望遠鏡組件其實為一組工作在不同波段上的x射線望遠鏡，左邊突出的是低能x射線望遠鏡;中間圓形的是高能x射線望遠鏡；右邊是中能x射線望遠鏡。這三個望遠鏡都是上面說得準直型探測器，直接解調掃描數據可以實現高分辨和高靈敏度成像；而我身上的大面積準直探測器又能實現大天區成像。這些望遠鏡互相搭配協同工作，使得我在硬x波段具有前所未有的靈敏度和成像能力！

在接下來的時間裡，我會堅守自己的使命：幫助人類認識神秘的宇宙,力爭為中國空間科學的發展做出重要貢獻！

作者：錢航 中國科學院國家空間科學中心博士 現運載火箭技術研究院總體設計部型號設計師

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