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“慧眼”六大优点逐个数
2017年06月18日
来源: 新华社
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    新华社酒泉6月15日电(记者屈婷 全晓书 喻菲)中国首枚X射线天文卫星“慧眼”已被稳稳地放置在距地球550公里的近地圆轨道上,对着银河系高能天体展开快速的“巡天”扫描。人们不禁好奇,它和著名的钱德拉X射线天文台、美国NuSTAR卫星有何区别?

    人类第一个X射线天文卫星叫“乌呼鲁”,是美国科学家1970年在肯尼亚发射升空的。“乌呼鲁”在当地斯瓦西里语中意为“自由”,它也确实打破了人类认识宇宙的一道枷锁。从那时起,人们开始用X射线“巡天”,观察宇宙天体的高能过程。

    47年过去了,刚刚升空的中国“慧眼”是不是来迟了?毕竟太空中,不少X射线探测器来来回回,硬X射线调制望远镜(HXMT)有什么技术优势?

    优点一:能区宽全覆盖

    能区宽是什么意思?理解为“管得宽”就好啦!虽然HXMT的中文全称叫硬X射线调制望远镜,但那是因为2011年立项时是这么写的。实际上,这颗卫星从1993年就有雏形了。

    从1993年到2011年,整整18年过去了。其他国家的X射线探测技术也没闲着啊,抢先发现了不少HXMT原定的科学目标。眼看科学机遇的“大门”越关越窄,中国高能物理学家们不断给它加上了新的神器:在高能X射线望远镜之外,又增加了低能、中能X射线探测器。

    这样,同时具有高、中、低能望远镜,HXMT实际上是一个太空天文台。它首次实现了1—250keV的能区全覆盖,能谱范围达250倍,而一般光学望远镜的能谱范围不到2倍。这样它就可以在很宽的X射线波段内做精细研究,完成以前需要多颗卫星同时观测的任务。

    优点二:面积大信号多

    镜面望远镜由于受到制造工艺的限制,一般面积比较小。而HXMT的探测面积很大,探测到的信号就会更多。信号越多,就越有可能发现其他望远镜看不到的现象。

    “对于同样能被观测到的源,你探测到的光子数少,而我探测到的光子数多,我就会比你发现更多的特性。”参与HXMT项目的青年科学家熊少林这样概括大面积的优势。

    优点三:视场大巡天快

    HXMT还具有视场很大的优势,可以在两天左右时间内完成银道面的扫描。而镜面望远镜由于视场很小,扫描一片天区需要花费很长的时间,所以一般只做定点观测。

    “我们知道,天空中有很多暂现源,毫无征兆地就爆发了,又会毫无征兆地消失。扫描观测可以进行有效监测,比较容易发现这些暂现源。”熊少林说,“对于一个已知源,当然也有可能取得新发现。但对于一个新的源,新发现的概率更大,甚至是全新的、闻所未闻的现象。

    优点四:看多亮的源也不会晃瞎眼

    在观测X射线低能段时,往往会遇到光子堆积的问题。这是因为X射线有一个特性:能量越低,光子数量越多。这样,探测器就无法把这多个光子区分开,也就测不清楚了。

    HXMT的一大优势就是,其低能望远镜在观测强源时,没有光子堆积效应。而聚焦型望远镜不适合观测强源,因为它会把所有X射线的光子都聚到一点上,曝光量过大。所以一看太亮的源,它“眼前“就白茫茫一片。

    优点五:“死时间”短效率更高

    在探测X射线高能段时,常常会遇到另外一个问题:“死时间”。它的意思是:当高能探测器正忙于处理前一个入射光子时,恰好又有一个光子打到探测器上。但探测器对第二个光子无暇响应,就好像死了一样。探测器对光子不做响应的这段时间,就是“死时间”。

    “我们专门为此进行了特殊设计,来缩短‘死时间’。因此我们的高能探测器得到的信号也更多更准确。这对于帮助我们最终搞清楚X射线天体的辐射机制是非常有帮助的。”HXMT高能望远镜主任设计师刘聪展说。

    优点六:“变废为宝”观测伽马暴

    HXMT首席科学家张双南创造性地为这颗卫星开发了一个新功能——观测伽马暴。这实际上使用的是高能望远镜主探测器中原本用于屏蔽本底X射线光子的碘化铯晶体。根据张双南的建议,团队的科学家们发现只要对探测器工作高压做适当调整,就完全可以用其来研究伽马暴。

    正是由于这种“变废为宝”的创新设想,HXMT在观测伽马暴时都不需要正对着目标源,而且观测能谱随时间的变化非常好。“我们用高能探测器来观测伽马暴,它的面积是目前世界上最大的,灵敏度也是最好的。这样,我们就可以看到比较弱的伽马暴。”熊少林说。

    如今,HXMT将和多颗先进的空间X射线天文卫星同“天”观测。“后来者”能居上吗?这点不用担心。宇宙对于人类来说依然深不可测,观测手段每前进一步,都有机会进一步拓展我们认知的版图。拥有七大技术优势的HXMT可谓“好饭不怕晚”。

    面对这些怪异天体的“大象”,德国图宾根大学天文与天体物理研究所科学家安德烈·圣安杰洛说,有了HXMT,科学家将不再是盲人摸象,而是能从头到尾摸到它的全身。

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