又一国家重器投入使用！慧眼巡天，黑洞或现形

1月30日，我国首颗X射线天文卫星“慧眼”正式交付，投入使用。

“慧眼”卫星工程是研究黑洞、中子星等致密天体前沿问题的自主创新重大空间科学项目，对提高我国在空间科学领域的国际地位有重要意义。

“慧眼”卫星应用了我国科学家首创的直接解调成像方法，实现宽波段、高灵敏度、高空间分辨率X射线巡天、定点和小天区观测，与世界现有X射线天文卫星相比，具有先进的暗弱变源巡天能力、独特的多波段快速光变观测能力等优势。该卫星于2017年6月15日成功发射，在轨运行期间圆满完成卫星平台、有效载荷、地面应用系统等测试任务。

在轨测试期间，“慧眼”卫星开展了多个天区的扫描成像观测和对特定天体的定点观测，开展了伽马射线暴监测等应用测试，验证了卫星的各项功能和性能，表明其已具备投入使用条件。2017年10月16日，双中子星并合产生引力波联合观测成果全球发布，“慧眼”卫星参与了观测并发挥了重要作用，对引力波高能电磁辐射对应体进行监测并确定了伽马射线的流量上限。

为扩大“慧眼”卫星及空间高能物理研究领域的国际影响力，发展空间科学，国家航天局会同中国科学院共同发起成立了“慧眼”卫星国际科学委员会。该委员会将针对“慧眼”卫星提供国际合作，并基于卫星数据开展应用研究等。

"慧眼”于2017年6月发射成功，终于交付使用。这颗卫星上天到底是去干嘛的呢？

黑洞，这个吞噬一切的神秘天体，魔咒一般地吸引着我们，从未停止。但是，50多年过去了，人类对黑洞的探索仍然处于初始阶段。

为研究黑洞、中子星等高能致密天体的基本物理性质以及对周围时空的影响，中国科学院高能物理研究所和航天科技集团五院等单位研制了我国第一颗空间X射线天文卫星——硬X射线调制望远镜（HXMT）卫星。

HXMT卫星的科学目的是什么？

它的观测过程是怎样的？

与其他天文卫星相比有什么特点和突破？

未来会有哪些科研发现？

我们一起来听听中科院高能物理研究所粒子天体物理中心主任、中科院粒子天体物理重点实验室主任、HXMT卫星首席科学家张双南给我们的解答吧~

中科院高能物理研究所研究员、中科院高能物理研究所粒子天体物理中心主任、中科院粒子天体物理重点实验室主任、HXMT卫星首席科学家张双南

张双南研究员介绍说，HXMT卫星目的就是接收来自天体的X射线，当然这种天体可以是中子星，也可以是黑洞。我们主要是希望寻找一些以前不知道的黑洞和中子星，同时，对已经知道的也进行观测和研究，目的是用来拓展我们对于黑洞和中子星的知识。

在宇宙中，当物质被致密天体的引力俘获后，会以螺旋运动掉向中心天体，速度越来越快，温度越来越高，最后会发出强烈的、比一般X射线能量高的硬X射线。

虽然X射线穿透能力比较强，但也不能穿透地球大气，所以我们必须要到地球大气层以外才有可能探测到来自天体的X射线。

克服重重困难自主研发空间天文卫星

早在20世纪70年代，中国就已经开始了X射线天文观测。中科院高能所利用高空气球搭载X射线望远镜，在40公里高空对X射线脉冲星、黑洞等类型的天体进行了观测研究，HXMT卫星正是在气球实验的基础上提出和研制的。

为了完成这样的一个科学装置，科学家们前前后后共努力了差不多20年的时间，克服了各方面出现的困难，历经了项目经验不足、经费不足、人才不足、技术要求高等困难，才走到了今天。

为什么一定要研制它？

张双南老师介绍，空间天文望远镜实际上开创了人类探索宇宙的一个窗口。人类在开创了这个领域之后，人类就发射了各种各样的天文卫星，也包括我们很熟悉的哈勃天文卫星，所以人类对宇宙的探索是不会停止的，会一直进行的。

特点：能量覆盖面积广、仪器几何面积大、望远镜视场宽

张双南老师具体解释说，首先，这个X射线的仪器覆盖范围比较广，很少有这样卫星能有这样宽的光子覆盖范围。

HXMT卫星运行示意图

另外，我们仪器的几何面积比较大。比如，高能段仪器的几何面积达到了5000平方厘米，这是在这个能量段最大的面积。

此外，望远镜的视场比较宽，适合做一些天体物理的研究。比如，我们将会对中子星和黑洞进行非常高统计量、高波段的研究，这是以前的天文望远镜或者X射线望远镜比较难做到的。我们会对银河系进行巡天的工作，来搜寻银河系内有多少像这样的比较暗弱、随时间变化的天体，这对我们理解银河系内的中子星和黑洞都是非常重要的。

HXMT卫星巡天观测模式示意图

它和其他望远镜不同，并不是说它比其他的望远镜好，而是指在某些方面有自己的特色，在这些方面我们能够做得好一些，所以我们的科学观测也就围绕着优势进行。

三种观测模式：扫描巡天、定向观测和定点监测

HXMT卫星的观测主要是有三种模式。简单来说就是，扫描巡天模式、定向观测的模式和伽马射线暴监测模式。

首先，扫描巡天模式。我们预测银河系里有很多中子星和黑洞，但是它们在哪里，都是什么样子的，很多都还没有发现，所以这个卫星会对银河系进行扫描和巡天的工作；

其次，定向观测模式。我们已经知道了一些天体源，或者通过巡天发现的天体源，我们会用望远镜指向它，这就叫做定向观测；

最后，伽马射线暴监测模式。这相当于守株待兔的模式，如果有一些非常强烈的伽马射线暴被发现，仪器就会监测到这个高流量的信号到达，我们会来提供一个警报来进行后续的观测等等。

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未来有望取得的进展

观测后，HXMT卫星主要在四个方面有可能取得比较大的进展：

第一，预计会发现一批新的天体源，主要是中子星和黑洞为主的新的高能天体；

第二，对一批比较亮的中子星和黑洞进行定点观测；

第三，我们有可能会对中子星和黑洞的基本的性质，比如中子星的磁场和中子星的质量、黑洞的质量和黑洞的自转等做出新的测量，也可以了解它们为什么会有各种各样的活动性；

第四，对宇宙进行“监视”，我们预期每年能发现几十个到几百个伽马射线暴，当然如果有些伽马射线暴将来能和引力波事件建立关系，将会成为比较重要的进展。

必须指出，科学研究中不乏意外收获，我们十分期待HXMT能带来意外的惊喜~

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来源：《光明日报》2018年1月31日、中国科普博览（ID：kepubolan）