当前位置:主页 > 资讯 > 企业资讯 >

“慧眼”十问:中国科学家的非凡智慧

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-06-16 11:18   浏览次数:

   

  新华社甘肃酒泉6月15日电(记者全晓书 喻菲 屈婷)中国首颗X射线天文卫星“慧眼”于15日发射升空,科学家们将用它来观测宇宙中最神秘的天体——黑洞和中子星。

  “慧眼”,全称硬X射线调制望远镜卫星(简称HXMT)。名称虽然有些晦涩,但却和这颗卫星的来历和任务密切相关。下面,我们就从这里入手,从十个方面来解构这颗卫星,看看它到底汇集了哪些非凡的智慧,又具备了怎样锐利的“眼神”。

“慧眼”十问:中国科学家的非凡智慧

  HXMT手绘示意图(手绘 贺萌)

  什么是硬X射线?

  X射线,相信大家一定都不陌生,谁没拍过几张X光片呢?X射线的波长很短,约介于0.01-10纳米之间,要远远小于可见光的波长,所以不能被肉眼观测到。

  科学家针对探测手段的不同,把X射线分成了硬X射线和软X射线。能量在20千电子伏(keV)以上的X射线,传统上被称为硬X射线;能量在10keV以下的,就被称作软X射线。以前的天文仪器主要在上述两个能段工作,中间这一段天文观测得比较少。

  硬X射线如何探测?

  如果我们把一台普通的光学望远镜对准X射线源,则根本无法获得其图像。这是因为X射线的波长极短,能量很高,所以它不会像可见光那样在镜面上发生反射或折射而聚焦成像,而是会像一粒粒“炮弹”一样,直接砸在镜面上或者穿透镜面而过,能量越高,“炮弹”的穿透能力就越强。

“慧眼”十问:中国科学家的非凡智慧

  这是HXMT卫星有效载荷示意图。(来源:中科院高能所)

  因为在X射线能段成像十分困难,西方科学家发明了编码孔径成像技术和掠射式镜面技术,但运用这两种方法制造的望远镜都十分复杂和昂贵。尤其是后者,要求镜面的表面粗糙度达到原子直径量级,目前国内尚不能制造这种适用空间X射线观测的镜面。

  中国科学家有啥妙招?

  西方的X射线探测器,我们既做不起,也做不了,那该怎么办?“这就逼着我们去创造新的成像方法。”“慧眼”背后的“灵魂人物”、中科院高能物理研究所李惕碚院士说。

  上世纪90年代初,李惕碚院士和他的同事吴枚研究员在不断探索中找到了一种新的算法,利用技术成熟、造价便宜的准直探测器(非成像探测器)的扫描数据,就能实现成像,被称作直接解调成像法。不过,这种新方法在提出之初因为太过“神奇”,甚至被怀疑为“弄虚作假”,经过十年左右的理论、实验和数据分析工作,才被国内外学者逐渐接受。

  “慧眼”只看硬X射线吗?

  1993年,李惕碚院士正式提出了基于直接解调成像法的硬X射线调制望远镜的建议。“当时,这是非常好的一种设想。然而,从1993年提出想法到2011年真正立项,十八年过去了,科学前沿以及X射线探测技术都有了较大的变化,所以,我们对这颗卫星的研究目标和手段也进行了调整。”HXMT卫星首席科学家张双南解释说。

“慧眼”十问:中国科学家的非凡智慧

2017年4月6日,李惕碚院士接受新华社记者专访。记者 屈婷 摄

  “慧眼”早已不再局限于硬X射线这一能段,研制团队后来为它加上了低能和中能X射线探测器,使它的能区覆盖范围扩大到1-250keV。张双南又创造性地添加了观测伽马暴的任务,使卫星的能量覆盖范围在原来的基础上又扩大了十倍。

  三种望远镜各有啥特点?

  如前所述,“慧眼”安装了高、中、低能三种望远镜。高能望远镜覆盖的能区范围是20-250keV,包括18个直径为19厘米的主探测器单体,总探测面积超过5000平方厘米,是世界上面积最大的高能X射线探测器阵列;中能望远镜覆盖的能区范围是5-30keV,包括三组探测器机箱,总探测面积达到952平方厘米;低能望远镜覆盖的能区范围是1-15keV,也包括三组探测器机箱,总探测面积为384平方厘米。

“慧眼”十问:中国科学家的非凡智慧

高能准直器主管设计师清华大学金永杰教授交付高能准直器前合影。(来源中科院高能所)

  虽然这三种望远镜各有特点,但它们都是准直型望远镜,大体上都由三个部分构成:准直器、探测器和电子学系统。准直器可以限制X射线的入射方向,以便进一步确定天体源的方位;探测器会逐个对光子进行探测,过来一个光子,产生一个信号,其中包含入射光子的能量和时间等信息;电子学系统则把探测器产生的信号转化成普通仪器可以读懂的电信号,也就是脉冲信号。

  为啥探测面积越大越好?

 
 
[ ]  [ 关闭窗口 ]  [ 返回顶部 ]

 
热点推荐

 
最新系列推荐
 
最新热点推荐

大宗采购| 企业| 资讯| 供应| 企业名片| 招商| 送好礼•好立方|

版权所有:中国电信股份有限公司四川分公司  运营机构:四川省电子商务运营中心 四川政企网络信息服务有限公司
增值电信业务经营许可证:川B2-20100011