“慧眼”卫星又出新成果，科学仪器助力天文学研究

近日，中科院消息显示，中国科学院高能物理研究所“慧眼”卫星团队通过对X射线吸积脉冲星的详细观测，采用直接测量的方法得出其表面磁场强度约为10亿特斯拉。

据了解，2017年6月15日，我国在酒泉卫星发射中心采用长征四号乙运载火箭，成功发射首颗X射线空间天文卫星“慧眼”。与国外X射线卫星相比，具有覆盖能段宽、在高能X射线能段的有效面积最大、时间分辨率高、探测死时间很小、观测强源没有光子堆积效应等突出优点，因此具有探测高能量回旋吸收线的独特能力。

2018年1月30日,中国首颗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,该星的投入使用使中国高能天文研究进入空间观测的新阶段,对提高中国在空间科学领域的国际地位和影响力具有重要意义。

“慧眼”卫星艺术图（图源 中科院官网）

除了本次探测的成果外，“慧眼”卫星在轨运行期间已经产出了多项科技成果。比如，2019年8月,中国科学院高能物理所的科学家利用慧眼卫星上X射线望远镜开展了X射线脉冲星导航实验,定位精度达到10 km之内（3倍标准偏差）,进一步验证了航天器利用脉冲星自主导航的可行性,为未来在深空中的实际应用奠定了基础。2020年9月21日,《自然-天文学》在线发表"慧眼"（HXMT）卫星最新观测结果 :在高于200千电子伏特（ke V）的能段发现黑洞双星系统的低频准周期振荡（quasi-periodic oscillation,QPO）,这是迄今为止发现的能量最高的低频QPO现象。

这些科学成果的产出，离不开科学仪器的帮助，而“慧眼”卫星作为我国自主研发的空间X射线天文望远镜—硬X射线调制望远镜更是装载了高能、中能、低能X射线望远镜和空间环境监测器，可观测宇宙中的X射线和伽玛射线。

X射线望远镜（X-ray telescope）是为了探测地球大气层以外的源所发射的X射线，并把X射线分辨为一个图象而设计的一种仪器。由于大气吸收，所以X射线望远镜必须用气球、火箭或空间运载工具带到高空。气球运载的探测器用于探测穿透能力较强的（硬的）X射线，而火箭和卫星则用于在更高的高度上探测软的X射线。因为天体X射线源都是远而弱的，这些探测器通常都要有大的集光面积和高的效率，以便在宇宙射线引起的背景上探测到X射线。

慧眼”卫星（硬X射线调制望远镜,Hard X-ray Modulation Telescope,简称Insight-HXMT）是我国科研工作者利用上世纪90年代由李惕碚和吴枚提出的直接解调方法自主研发的第一台空间X射线天文望远镜。低能X射线望远镜（Low Energy X-ray Telescope,简称LE）是“慧眼”卫星的有效载荷的重要组成之一。其选用半导体探测器CCD236,总有效面积为384cm2,具有较高的时间响应和能量分辨,满足对低能X射线天体的光变和能谱研究的要求。对天体源能谱开展研究,首先需要获得探测器的能量响应,利用探测器的能量响应和实际观测能谱,依靠天文数据处理软件算法来得到天体源的实际发射能谱。

硬X射线望远镜卫星（HXMT）应用直接解调成像方法，实现了宽波段X射线（1-250keV）成像巡天，其中20-250keV的巡天具有世界最高的灵敏度和空间分辨率。HXMT实现了高灵敏度的全天巡天，分解宇宙X射线背景。中能X射线望远镜（ME）是硬X射线调制望远镜（HXMT）卫星有效载荷的分系统，其基本功能是进行5-30keV能区的巡天以及定点观测。ME可以有效填补HXMT高能X射线望远镜HE和低能X射线望远镜LE的能量覆盖空缺，可以与HE、LE一起测量天体的全波段X射线能谱和多波段时变特性。

星载空间环境监测器为星上科学任务开展提供背景辐射实测资料。该监测器采用固体探测器望远镜系统和扇形阵列全新组合设计，可获取轨道空间高能质子和高能电子能谱、方向综合动态结果,给出更为全面的粒子辐射分布图像。

在“慧眼”卫星的成功发射后，2018年3月，中科院启动了增强型X射线时变与偏振天文台背景型号研究项目（enhanced X-ray Timing and Polarimetry mission，简称eXTP）。eXTP空间天文台的实施将使我国空间X射线天文学的研究进入国际领先行列。

eXTP空间天文台效果图（图源 中科院高能所）

据了解，2007年，中科院高能所提出X射线时变与偏振探测（XTP）卫星概念，作为硬X射线调制望远镜（HXMT）卫星的后续项目。2009年，XTP关键技术攻关获得中科院空间科学预先研究项目重点支持，2012年，XTP被遴选为中科院空间科学一期先导专项（第一批）背景型号卫星项目。2017年，eXTP获得中科院空间科学二期先导专项背景型号支持。

　　而eXTP卫星更是装载了能谱测量X射线聚焦望远镜阵列（SFA）、偏振测量X射线聚焦望远镜阵列（PFA）、大面积X射线准直望远镜（LAD）和广角监视器（WFM）四种有效载荷，预计卫星总重约4.5吨，将运行在低倾角近地轨道上，计划在2025年前发射，重点研究黑洞和中子星等极端天体的核心科学问题，成为在2025-2035年间在该领域国际领先的旗舰级X射线空间天文台。

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