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日前，中國(guó)科學(xué)院院長(zhǎng)白春禮院士表示，該院已經(jīng)啟動(dòng)硬X射線探測(cè)衛(wèi)星、量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星、暗物質(zhì)探測(cè)衛(wèi)星、返回式科學(xué)試驗(yàn)衛(wèi)星和夸父計(jì)劃衛(wèi)星的工程研制。其中，硬X射線探測(cè)衛(wèi)星、量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星已進(jìn)入初樣研制階段。 據(jù)悉，硬X射線探測(cè)衛(wèi)星有可能成為我國(guó)第1顆天文衛(wèi)星（即空間望遠(yuǎn)鏡）于近年升空。 X射線天文衛(wèi)星主要觀測(cè)宇宙高能物理過(guò)程 眾所周知，天文衛(wèi)星相當(dāng)于把天文觀測(cè)臺(tái)搬到太空中，所以可輕而易舉地改變以往坐地觀天的傳統(tǒng)，擺脫大氣層對(duì)天文觀測(cè)的影響，在全頻段范圍內(nèi)對(duì)宇宙空間進(jìn)行詳細(xì)的觀測(cè)，對(duì)人類科學(xué)認(rèn)識(shí)宇宙有革命性的推動(dòng)。 宇宙中的萬(wàn)物每時(shí)每刻都在不斷向空間輻射電磁波。由于各種天體的性質(zhì)和特點(diǎn)不同，所以它們所輻射的電磁波也不同。天文衛(wèi)星也叫空間望遠(yuǎn)鏡，它是通過(guò)探測(cè)各種天體所輻射的不同波譜、不同強(qiáng)度的電磁波，對(duì)宇宙進(jìn)行詳細(xì)了解的。因此，目前天文衛(wèi)星大多是按照所觀測(cè)的宇宙中電磁波譜來(lái)分類，即分為紅外天文衛(wèi)星、紫外天文衛(wèi)星、X射線天文衛(wèi)星、γ射線天文衛(wèi)星等。 
我國(guó)“硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡”在軌運(yùn)行示意圖 這些天文衛(wèi)星各有所長(zhǎng)，誰(shuí)也不能“一統(tǒng)天上”。這是因?yàn)橛钪嬷械奶祗w由于溫度不同而發(fā)出各種頻段的電磁波，靠1顆天文衛(wèi)星很難進(jìn)行全頻段觀測(cè)。一般來(lái)說(shuō)，溫度越高，發(fā)出的電磁波波長(zhǎng)越短。人類可以利用這一特性，通過(guò)觀測(cè)天體發(fā)出的電磁波，來(lái)分析它們的類型和特征。在電磁波譜中，γ射線的波長(zhǎng)最短，X射線次之，后面依次是紫外線、可見(jiàn)光、紅外和射電波。
將于2021年發(fā)射的美國(guó)“國(guó)際X射線天文臺(tái)”衛(wèi)星 近些年，隨著X射線天文衛(wèi)星成果頗多，所以越來(lái)越受青睞。這種衛(wèi)星也稱空間高能天文衛(wèi)星或空間高能望遠(yuǎn)鏡，因?yàn)樗鼈冎饕糜谟^測(cè)宇宙中的高溫天體和宇宙中發(fā)生的高能物理過(guò)程。宇宙中很多極端天體物理過(guò)程，都會(huì)產(chǎn)生發(fā)射強(qiáng)烈X射線的高溫氣體，比如白矮星、中子星和黑洞吸積物質(zhì)的過(guò)程，超新星爆發(fā)和γ射線暴的激波和噴流。高能帶電粒子在磁場(chǎng)中的輻射以及低能光子的作用、中子星的表面和量子黑洞的蒸發(fā)也會(huì)產(chǎn)生豐富的X射線。由于宇宙中許多天體都散發(fā)X射線，因此探測(cè)宇宙中的X射線對(duì)探索宇宙奧秘具有重要意義。但由于X射線極易被介質(zhì)吸收，介質(zhì)對(duì)于X射線的折射率近于1，所以在地面進(jìn)行高能X射線的收集和聚焦是非常困難的事情。也就是說(shuō)，因?yàn)橛械厍虼髿獾淖韪簦诘孛嫔细緹o(wú)法對(duì)宇宙X射線進(jìn)行觀測(cè)。即使在太空觀測(cè)X射線，望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計(jì)也要非常講究，不能選用折射系統(tǒng)，而且要使射線以掠射方式射入鏡面。
去年6月發(fā)射的美國(guó)“核區(qū)分光望遠(yuǎn)鏡陣列”高能天文衛(wèi)星 我國(guó)首顆天文衛(wèi)星將擁有最高靈敏度和最好空間分辨率我國(guó)研制的首顆天文衛(wèi)星——“硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡”將于近年發(fā)射。它是一顆工作于硬X射線能區(qū)(1～250千電子伏特)的空間高能天文衛(wèi)星，用于完成深度巡天，可發(fā)現(xiàn)大量巨型黑洞、大批硬X射線天體和一系列天體高能輻射新現(xiàn)象，繪出高精度的硬X射線天圖。該衛(wèi)星具有比歐洲“國(guó)際γ射線天體物理實(shí)驗(yàn)臺(tái)”、美國(guó)“雨燕”更強(qiáng)大的成像能力和獨(dú)一無(wú)二的定向觀測(cè)能力，能以最高靈敏度和分辨率發(fā)現(xiàn)大批被塵埃遮擋的超大質(zhì)量黑洞和其他未知類型高能天體,并研究宇宙硬X射線背景的性質(zhì)。 這顆天文衛(wèi)星攜帶的低能(1～15千電子伏特)、中能(5～30千電子伏特)和高能(20～250千電子伏特)三個(gè)望遠(yuǎn)鏡，都是準(zhǔn)直型探測(cè)器,直接解調(diào)掃描數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)高分辨和高靈敏度成像以及對(duì)彌散源的成像；而大面積準(zhǔn)直探測(cè)器又能獲得特定天體目標(biāo)的高統(tǒng)計(jì)和高信噪比數(shù)據(jù),使“硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡”既能實(shí)現(xiàn)大天區(qū)成像,又能通過(guò)寬波段時(shí)變和能譜觀測(cè)研究天體高能過(guò)程。 如果及時(shí)發(fā)射，“硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡”將實(shí)現(xiàn)世界最高靈敏度和最好空間分辨率的硬X射線巡天，發(fā)現(xiàn)大批被塵埃遮擋的超大質(zhì)量黑洞和未知類型天體,探測(cè)宇宙硬X射線背景輻射；將通過(guò)對(duì)黑洞和其他高能天體寬波段X射線時(shí)變和能譜的觀測(cè),研究致密天體極端物理?xiàng)l件下的動(dòng)力學(xué)和輻射過(guò)程。 美歐日等X射線空間望遠(yuǎn)鏡已取得一批重要觀測(cè)成果 從1999年起，一些X射線空間望遠(yuǎn)鏡開(kāi)始陸續(xù)升空，大大開(kāi)拓了天文學(xué)家的視野，使他們有可能了解宇宙中一些最神秘的天體。 1999年7月23日，美國(guó)“錢德拉”X射線空間望遠(yuǎn)鏡升空。其主鏡為4臺(tái)套筒式掠射望遠(yuǎn)鏡。該衛(wèi)星在0.1～10千電子伏特之間有高的靈敏度，在寬的譜范圍內(nèi)具有高的譜分辨率，因此能研究極弱的X射線源。 1999年12月10日上天的歐洲“牛頓”X射線多鏡面衛(wèi)星主要用于研究1～120納米的電磁波譜區(qū)域，覆蓋了0.1～12千電子伏特的能量范圍，在該衛(wèi)星的10年有效壽命期內(nèi)，有望收集到宇宙中30000顆星星的X射線光譜。 2005年7月10日，日本發(fā)射了“天體-E2”X射線天文觀測(cè)衛(wèi)星。該衛(wèi)星覆蓋的能量范圍是0.4～700千電子伏特，可與美國(guó)的“錢德拉”和歐洲的“牛頓”共同觀測(cè)一個(gè)天體，利用各自的特長(zhǎng)收集資料，為國(guó)際天文研究做出貢獻(xiàn)。 2012年6月13日入軌的美國(guó)“核區(qū)分光望遠(yuǎn)鏡陣列”衛(wèi)星，使用獨(dú)特的技術(shù)對(duì)宇宙中最高能級(jí)的X射線進(jìn)行觀測(cè)，可觀測(cè)來(lái)自天體的5～80千電子伏特之間的高能X射線，尤其是核光譜。其主要科學(xué)目標(biāo)是深度探索質(zhì)量超過(guò)太陽(yáng)10億倍的黑洞，并了解粒子在活動(dòng)星系核中是如何被加速到光速的百分之幾，以及研究超新星殘骸以了解重元素如何在超新星中形成。其一個(gè)10米長(zhǎng)的桅桿，在發(fā)射時(shí)呈折疊狀態(tài)安放,入軌后大約7天內(nèi)逐漸展開(kāi)，以幫助探測(cè)裝置準(zhǔn)確聚焦。 此前發(fā)射的“錢德拉”X射線空間望遠(yuǎn)鏡主要工作在低能X射線領(lǐng)域，而“核區(qū)分光望遠(yuǎn)鏡陣列”主要工作在高能X射線領(lǐng)域，是第1顆專注于高能X射線的空間望遠(yuǎn)鏡，其影像清晰度比觀測(cè)同光譜區(qū)的其他任何望遠(yuǎn)鏡都要高至少10倍，敏感度則提高至少100倍。這樣的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合有助于回答有關(guān)宇宙的一些最基本問(wèn)題。“核區(qū)分光望遠(yuǎn)鏡陣列”衛(wèi)星已取得一些成果，包括拍到銀河系核心黑洞X射線爆發(fā)。 延伸閱讀 2021年“國(guó)際X射線天文臺(tái)”或?qū)⑷胲?/strong> 由于X射線空間望遠(yuǎn)鏡一直持續(xù)不斷地做出重大天文發(fā)現(xiàn)，所以世界一些國(guó)家還正研制新的空間高能天文望遠(yuǎn)鏡，僅2013年就將發(fā)射3個(gè)。 計(jì)劃2013年發(fā)射的俄羅斯的“光譜-X-γ”衛(wèi)星，主要用于探測(cè)上千個(gè)星系團(tuán)和星系群中的熱星系際介質(zhì)以及星系團(tuán)之間的纖維狀熱氣體，從而研究宇宙的結(jié)構(gòu)演化。 印度的“天文衛(wèi)星”（AstroSat）也擬于2013年入軌。它是印度首顆天文衛(wèi)星，主要用于監(jiān)測(cè)宇宙天體源的輻射強(qiáng)度變化；對(duì)X射線雙星、活動(dòng)星系核、超新星遺跡和恒星冕進(jìn)行光譜觀測(cè)；監(jiān)視可能出現(xiàn)的瞬變?cè)吹取?br /> 2013年，日本將發(fā)射“天文-H”高能天文衛(wèi)星,它第一次采用微量能器聚焦在0.3～12千電子伏特能區(qū)，預(yù)計(jì)該衛(wèi)星將在空間高能天文領(lǐng)域做出大批重要的發(fā)現(xiàn)，對(duì)于理解宇宙的極端物理現(xiàn)象，尤其是強(qiáng)引力場(chǎng)和強(qiáng)磁場(chǎng)中的物理過(guò)程做出重要貢獻(xiàn)。 2021年，用于取代“錢德拉”和“牛頓”的“國(guó)際X射線天文臺(tái)”將入軌，它由美歐日聯(lián)合研制，用于捕獲宇宙邊緣處黑洞周圍發(fā)出的信號(hào)，并研究它們和宇宙原初星系的關(guān)系以及共同演化，了解宇宙的起源和組成，宇宙中各種元素的形成和如何通過(guò)恒星、宇宙爆發(fā)和粒子加速傳播和擴(kuò)散出去等。該衛(wèi)星裝有口徑約3米和焦距12米的光學(xué)系統(tǒng)和6個(gè)焦平面探測(cè)器系統(tǒng)，所以具有前所未有的綜合科學(xué)能力。其有效面積和能量分辨率將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越以前所有的空間高能天文衛(wèi)星。 由此可見(jiàn)，X射線空間望遠(yuǎn)鏡的發(fā)展方興未艾，是空間天文學(xué)的最重要前沿領(lǐng)域之一。(北京日?qǐng)?bào)) |
