HXMT望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星——做太空中最智慧的“眼睛”
來源:科普中國
發(fā)布時(shí)間:2022-07-25
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最近,我國慧眼衛(wèi)星團(tuán)隊(duì)在編號(hào)為Swift J0243.6+6124的中子星X射線雙星中發(fā)現(xiàn)了能量高達(dá)146千電子伏的回旋吸收線,其對(duì)應(yīng)的中子星表面磁場(chǎng)強(qiáng)度超過16億特斯拉??茖W(xué)家表示,這是繼2020年直接測(cè)量到約10億特斯拉的宇宙最強(qiáng)磁場(chǎng)之后,慧眼衛(wèi)星再次大幅度刷新了最高能量回旋吸收線和宇宙最強(qiáng)磁場(chǎng)直接測(cè)量的世界紀(jì)錄。

慧眼衛(wèi)星觀測(cè)吸積脈沖星藝術(shù)圖

(圖片來源:中科院高能所)

慧眼衛(wèi)星憑什么刷新世界紀(jì)錄?我們又為什么要建造它?與其它天文衛(wèi)星相比又有什么特點(diǎn)和突破?今天,就讓我們前去一探究竟。

一、慧眼衛(wèi)星是什么?

為了研究黑洞、中子星等高能致密天體的基本物理性質(zhì)以及對(duì)周圍時(shí)空的影響,中國科學(xué)院高能物理研究所和航天科技集團(tuán)五院等單位研制了我國第一顆空間X射線天文衛(wèi)星——“慧眼”硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡(HXMT)衛(wèi)星。 這是中國第一顆空間X射線天文衛(wèi)星,于2017年6月15日發(fā)射升空。

HXMT發(fā)射現(xiàn)場(chǎng) (圖片來源:Insight—HXMT)

它主要由衛(wèi)星平臺(tái)和有效載荷構(gòu)成,總重量約2500Kg,將在高度550公里、傾角43°的近地圓軌道上運(yùn)行。搭載了三個(gè)空間望遠(yuǎn)鏡,包括高能X射線望遠(yuǎn)鏡、中能X射線望遠(yuǎn)鏡和低能X射線望遠(yuǎn)鏡。

二、為什么要建造慧眼衛(wèi)星?

空間天文望遠(yuǎn)鏡實(shí)際上開創(chuàng)了人類探索宇宙的一個(gè)窗口。在開創(chuàng)這個(gè)領(lǐng)域之后,人類發(fā)射了各種各樣的天文衛(wèi)星,其中也包括我們很熟悉的哈勃天文衛(wèi)星。中國作為航天大國,希望運(yùn)用自己的力量在航天領(lǐng)域助力科學(xué),進(jìn)入空間開展基礎(chǔ)研究,“慧眼”硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡(HXMT)衛(wèi)星應(yīng)運(yùn)而生,成為國人探索宇宙的突破口。

哈勃望遠(yuǎn)鏡 (圖片來源:NASA)

在宇宙中,當(dāng)物質(zhì)被致密天體的引力俘獲后,會(huì)以螺旋運(yùn)動(dòng)掉向中心天體,速度越來越快,溫度越來越高,最后會(huì)發(fā)出強(qiáng)烈的、比一般X射線能量高的硬X射線。 雖然X射線穿透能力比較強(qiáng),但也不能穿透地球大氣,所以我們必須要到地球大氣層以外才有可能探測(cè)到來自天體的X射線。

HXMT衛(wèi)星目的就是接收來自天體的X射線,當(dāng)然這種天體可以是中子星,也可以是黑洞??茖W(xué)家希望尋找尚未被發(fā)現(xiàn)的黑洞和中子星,同時(shí),對(duì)已經(jīng)知道的也進(jìn)行觀測(cè)和研究,從而拓展我們對(duì)于黑洞和中子星的知識(shí)。

三、慧眼衛(wèi)星強(qiáng)在哪里?

硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡(HXMT)衛(wèi)星在能量覆蓋范圍、探測(cè)面積能量分辨率等方面具有明顯的綜合優(yōu)勢(shì),將為國內(nèi)外科學(xué)家提供大批高質(zhì)量觀測(cè)數(shù)據(jù),使我國在大天區(qū)高靈敏度快速巡天、黑洞、中子星等天體的硬X射線快速光變研究以及劇烈高能爆發(fā)現(xiàn)象的監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域達(dá)到國際先進(jìn)水平。

1、能量覆蓋面積廣。首先,這個(gè)X射線的儀器覆蓋范圍比較廣的,覆蓋從1kev到300kev左右,有基本上300倍的能量覆蓋的范圍,如果再加上對(duì)伽馬射線暴的探測(cè)能力,到3000個(gè)kev,覆蓋的范圍就有3000倍,很少有這樣一個(gè)衛(wèi)星能有這樣寬的光子覆蓋范圍。

2、儀器幾何面積大。比如,高能段儀器的幾何面積達(dá)到了5000平方厘米,這是在這個(gè)能量段最大的面積。

3、望遠(yuǎn)鏡視場(chǎng)寬。比如,我們將會(huì)對(duì)中子星和黑洞進(jìn)行非常高統(tǒng)計(jì)量、高波段的研究,這是以前的天文望遠(yuǎn)鏡或者X射線望遠(yuǎn)鏡比較難做到的。由于視場(chǎng)相對(duì)比較寬,面積又比較大,這樣我們對(duì)于銀河系內(nèi)的一些比較弱的源變化就會(huì)比較敏感,所以我們會(huì)對(duì)銀河系進(jìn)行巡天的工作,來搜尋銀河系內(nèi)有多少像這樣的比較暗弱、隨時(shí)間變化的天體,這對(duì)我們理解銀河系內(nèi)的中子星和黑洞都是非常重要的,適合用來進(jìn)行天體物理的研究。

與國外的X射線衛(wèi)星相比,慧眼衛(wèi)星在以上許多方面具有優(yōu)勢(shì),它打開了觀測(cè)黑洞、中子星硬X射線快速光變和能譜研究的新窗口。同時(shí)我們也期望,在接下來的科學(xué)研究中,能有更多意外的收獲,盼望著HXMT能帶給我們更多意外的驚喜。



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