如果不是冗长的论证,以及长达十余年的经费钱粮无着,11月15日宣布那个“令人震惊”消息的,恐怕不是NASA而是中国。
这并不是胸怀民粹主义的愤青臆想。当钱德拉X射线望远镜这一拗口名号在瞬间传遍全球时,偏于北京一隅的北京高能所粒子天体物理中心内,有一台一人多高的白色圆柱形仪器,几乎也可以完成钱德拉的使命——事实上,这个表面镶嵌着18个圆孔,有点像巨型蜂窝煤的大家伙,在理论设计上不仅不亚于钱德拉,甚至比钱德拉还要给力。
它的名字是硬X射线调制望远镜(Hard X-ray Modulation Telescope,简称HXMT),被并不确切的称为中国版“哈勃”。
“中国哈勃”自有优势
想必了解X射线功效的诸位,对于X射线望远镜的原理并不难揣摩。没错,所谓X射线望远镜,即是以收集太空中的X射线作为观测手段的空间仪器。
在宇宙中,脉冲星、伽玛射线暴、超新星遗迹、黑洞等都会辐射出X射线,如果可以接收到这些射线加以分析,就能勾画出这些天体的轮廓。但由于X射线无法穿越地球大气层,科学家只能在高空或者大气层以外观测到天体的X射线辐射,于是类似于钱德拉这样的空间天文卫星——俗称望远镜,也就成为了X射线天文学的主要工具。而在此之前,黑洞不过被看作广义相对论里的数学游戏而已。
X 射线望远镜让人们得以一窥黑洞的神秘一角。1999年,美国钱德拉X射线望远镜发射升空,同时期进入太空的还有欧洲XMN_牛顿望远镜,牛顿望远镜具有极高的谱分辨率,而钱德拉兼具了非常高的空间分辨率和谱分辨率,作为21世纪初X射线天文学最为主要的观测设备,钱德拉与牛顿望远镜开启了X射线天文学的新时代,取得了一大批重要的研究成果。
即便如此,还是有一个突出的问题摆在科学家面前,即钱德拉只能看到波长在0.1nm以上的X射线(被称为软X射线),对于能量较高,波长在0.01nm至0.1nm之间的X射线“视而不见”。换言之,对于高能辐射的天体,钱德拉连围观的资格都不具备,纯属打酱油。
在这一领域,美国人计划采用编码孔径成像技术——用探测器阵列与编码孔板出征的编码孔径望远镜,先记录下不同方向射入的“光子编码板”投影的叠加,然后再借助于解调,或是反演的数学方法求出影像:这是一个相当复杂的过程。
中国科学家则走了另外一条路:用一个准直器来限制探测器的视场,通过扫描获取数据,然后直接解观测方程来还原X 射线强度的空间分布。这一技术路线由中科院院士李惕碚等人在1992年提出,在1993年的首次高空气球硬X射线扫描观测中,取得了对天鹅座X-1的高分辨率成像。
巧合的是,几乎在同时,MIT用昂贵的编码孔径成像方法也做了同样的试验,比对两者的观测结果,直接调整的图片质量居然优于采用编码孔径技术。
直接解调成像方法价廉物美得让人难以相信。但作为核心的解调方法还有待确认,这直接导致1994 年HXMT 申请进入“九五规划”立项受阻。
谁知这一拖就是十三年。
HXMT核心探测器——高能X射线望远镜部分由18组探测器并联而成,具有极高的精度和分辨率。
在此期间,李惕碚与他的团队利用国外的卫星数据,通过直接解调方法取得了一系列新的成果,包括发现了新天体和新现象,发表了数十篇论文,直接解调技术才逐步为国际认可,2002年在意大利举行的“国际空间科学暑期讲习班”上,HXMT硬X射线望远镜被选为8个最重要的空间项目之一,同美国钱德拉X射线望远镜、欧洲牛顿望远镜等一起作介绍。
但在国内,为设法进入国家规划,HXMT项目不停的接受专家评审,其中有一次已经通过,又遭到国内其他科学家的质疑,不得不推倒重来,再次评审。
曲折过关 一再受阻
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