硬X射線望遠鏡姍姍來遲，科學機遇慘遭蠶食

HXMT「慧眼」發射成功進入近地軌道。黑洞，我們來了

2017年6月15日11時整，我國在酒泉衛星發射中心使用長征四號乙火箭將硬X射線調製望遠鏡（HXMT）發射升空，這是我國第一個空間天文望遠鏡，是中國空間天文發展的里程碑。這個空間望遠鏡被形象的命名為「慧眼」，不僅有取成語慧眼識珠的寓意，還有紀念我國高能天體物理的開創者何澤慧先生的意義。

由於HXMT出現一些小問題，印度的AstroSat天文衛星搶先升空，讓我們留下一點遺憾

硬X射線調製望遠鏡的發射升空，也為我國空間科學戰略性先導科技專項首批計劃畫上了一個圓滿的句號。事實上硬X射線調製望遠鏡本來是空間科學專項首批計劃4顆衛星中第一個發射的，只不過由於地面測試發現問題反而落到最後，也讓印度Astrosat衛星後來居上搶到了中國前面。日本對空間天文十分感興趣，20世紀70年代就發射了空間望遠鏡，中印兩國航天發展應用優先，但也開始向空間天文領域投資，一不留神印度搶在我們前面實在令人遺憾，不過作者感到更遺憾的是，HXMT衛星早在「九五」計劃時期就已經提出倡議，它本來可以作為世界硬X射線巡天的開創者，在空間天文領域大放異彩的。可惜我們最終還是起了個大早趕了個晚集，明亮的慧眼姍姍來遲之後，它的眼睛已經不再那麼明亮，這實在令人感到無比惋惜和痛心。

李惕碚院士發明了直接解調成像法，圖上18個圓孔就是硬X射線準直器的位置

HXMT是一種在硬X射線波段進行觀測的空間望遠鏡，它曾有著獨特的優勢。所謂硬X射線，指的是X射線中波長較短能量更高的部分，一般是指能量高於10KeV（也就是波長低於0.1納米）的光子，這種高能光子幾乎不可能被被折射或反射，說「硬」恰如其分。X射線尤其是硬X射線為人類觀測超新星、中子星和黑洞等天體提供了絕佳的機會，但它會被地球大氣吸收，因此X射線觀測還是要上天，這也是美日等國家自20世紀70年代就發射X射線天文衛星的重要原因。天文學家發現，硬X射線是比軟X射線更重要的觀測窗口，美國1996年把硬X射線巡天列為20世紀90年代高能天體物理的首要任務！硬X射線太「硬」，沒法折射或反射，傳統上使用編碼孔徑成像技術，這項技術不僅複雜而且造價昂貴，大洋彼岸的中國科學家卻另闢蹊徑，1992年李惕碚院士及其高能所同事吳枚提出了新的成像方法-準直器直接解調法。中國人提出的直接解調法雖然重量上要付出一定代價，但可以用更為成熟和簡單的硬體，實現比編碼孔徑法更高靈敏度和解析度的硬X射線巡天能力！

美國的「雨燕」(SWIFT)進行了卓有成效的硬X射線巡天探測工作

中國人首創新的硬X射線成像方法，居然還能物美價廉的實現更高質量的成像，這還是1992年的事情，那時中國科學可是全面落後於世界先進水平，很多人的第一反應恐怕都是：這不是真的吧，肯定是想騙經費！1993年在何澤慧院士支持下，高能所使用高空氣球進行了直接解調成像試驗，證明了這項技術的可靠性和有效性，但即使在科學家群體內部，也還是有很多人不相信用低解析度的非成像探測器，居然可以反演成像出高解析度的影像。由於激烈的爭議，1994年HXMT項目未能進入「九五」重大科學工程。美國航天局把硬X射線巡天列入首要任務的1996年，李惕碚院士給國務院和科學界領導們寫信呼籲抓住硬X射線成像這一中國科學發展中的重大機遇，但始終沒有迴音。十幾年來李惕碚院士堅持不懈的論證直接解調法的可行性和有效性，終於逐漸得到認可和接受，2005年HXMT衛星被選入「十一五」民用航天空間科學衛星項目，但是2004年11月20日美國基於傳統編碼孔徑成像技術的「雨燕」（SWIFT）衛星已經發射升空了。

美國的NuSTAR實現超高精度硬X射線成像，為了實現掠射成像桁架展開焦距達10米

「雨燕」望遠鏡作為硬X射線巡天的里程碑，取得了一系列重要科學發現，2009年《自然》雜誌評選最具科學影響力的十大天文望遠鏡，小小的「雨燕」力壓著名的「哈勃」空間望遠鏡名列第二。這讓人忍不住一遍遍的暢想：如果當年我們的HXMT立項並比「雨燕」更早發射了，憑藉更高的靈敏度和解析度，這顆「慧眼」將為中國在科學上帶來多大的驚喜呢？！「雨燕」搶走了HXMT預定的硬X射線巡天任務，不過本文前面說到李惕碚院士的直接解調法解析度高，HXMT望遠鏡充分發揮精度優勢，轉而決定在更高精度巡天的基礎上再進行高精度的定點觀測。福無雙至禍不單行，2005年HXMT望遠鏡進入了航天空間科學衛星項目，直接解調法也得到專家們的普遍認可，2006年中科院優先推薦HXMT望遠鏡為「十一五」期間的自主空間科學項目，2007年我國發布的發展規劃明確提出2010年發射硬X射線調製望遠鏡，但最終結果令人苦笑不已：中國「十一五」期間就沒有一顆科學衛星立項上天。

日本的「瞳」，它的硬X射線掠射成像焦距12米，精度解析度更是遠高於HXMT

與此同時，硬X射線掠射聚焦成像技術雖然加工精度和製造難度極高，但成像精度比直接解調法高得多，美日先後突破硬X射線掠射技術，2012年6月13日美國的NuSTAR望遠鏡發射升空，這是世界上第一部硬X射線掠射望遠鏡，它的聚焦精度比HXMT望遠鏡高，又搶走了HXMT望遠鏡本來可以取得的部分科學成果。李惕碚院士曾憂心忡忡的說：「HXMT工程若再拖下去，尚存的科學機遇將完全喪失」。日本的Astro-H「瞳」望遠鏡裝有比NuSTAR性能更好的硬X射線掠射望遠鏡，幸虧它2016年上天后居然很快就姿控出錯解體了，否則留給HXMT望遠鏡的科學機遇就更少了。

硬X射線調製望遠鏡已經升空，但久經拖延後科學價值損失實在太大

時至今日，HXMT望遠鏡預定的兩大任務：硬X射線巡天和高精度定點觀測，都被美國空間望遠鏡搶先做了。幸運的是，HXMT準直器直接解調法帶來的優勢還在：巡天的硬X射線望遠鏡，沒有我們的HXMT精度高；精度高的硬X射線掠射望遠鏡，沒有我們的HXMT視場大。此外，我國科學家還開發了新的觀測模式，使它成為硬X射線和軟伽馬射線能區最靈敏的伽馬射線暴探測器，可以對伽馬射線暴進行高靈敏度全天監測，大大提高了HXMT的科學價值。總的說來，「慧眼」雖然由於遲遲未能立項而蒙塵，但仍然具有一定的科學價值，更是我國空間望遠鏡的探路者。現在「慧眼」已經進入太空，但它本來應該更早發射，可以在世界天文史上中留下濃厚的一筆，對比美國「雨燕」的空前成功，這樣科學機遇損失慘重的結果，怎麼能不讓人扼腕嘆息呢

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