Q什么是硬X射線？

　　X射線，相信大家一定都不陌生，科學(xué)家針對(duì)探測(cè)手段的不同，把X射線分成了硬X射線和軟X射線。能量在20千電子伏（keV）以上的X射線，傳統(tǒng)上被稱為硬X射線；能量在10keV以下的，就被稱作軟X射線。以前的天文儀器主要在上述兩個(gè)能段工作，中間這一段天文觀測(cè)得比較少。

　　Q中國(guó)科學(xué)家有啥妙招？

　　西方的X射線探測(cè)器，我們既做不起，也做不了，那該怎么辦？“這就逼著我們?nèi)?chuàng)造新的成像方法。”“慧眼”背后的“靈魂人物”、中科院高能物理研究所李惕碚院士說(shuō)。上世紀(jì)90年代初，李惕碚院士和他的同事吳枚研究員在不斷探索中找到了一種新的算法，利用技術(shù)成熟、造價(jià)便宜的準(zhǔn)直探測(cè)器（非成像探測(cè)器）的掃描數(shù)據(jù)，就能實(shí)現(xiàn)成像，被稱作直接解調(diào)成像法。

　　Q“慧眼”只看硬X射線嗎？

　　HXMT衛(wèi)星首席科學(xué)家張雙南解釋說(shuō)，“慧眼”早已不再局限于硬X射線這一能段，研制團(tuán)隊(duì)后來(lái)為它加上了低能和中能X射線探測(cè)器，使它的能區(qū)覆蓋范圍擴(kuò)大到1-250keV。張雙南又創(chuàng)造性地添加了觀測(cè)伽馬暴的任務(wù)，使衛(wèi)星的能量覆蓋范圍在原來(lái)的基礎(chǔ)上又?jǐn)U大了十倍。

　　Q三種望遠(yuǎn)鏡各有啥特點(diǎn)？

　　如前所述，“慧眼”安裝了高、中、低能三種望遠(yuǎn)鏡。雖然這三種望遠(yuǎn)鏡各有特點(diǎn)，但它們都是準(zhǔn)直型望遠(yuǎn)鏡，大體上都由三個(gè)部分構(gòu)成：準(zhǔn)直器、探測(cè)器和電子學(xué)系統(tǒng)。準(zhǔn)直器可以限制X射線的入射方向，以便進(jìn)一步確定天體源的方位；探測(cè)器會(huì)逐個(gè)對(duì)光子進(jìn)行探測(cè)，過(guò)來(lái)一個(gè)光子，產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，其中包含入射光子的能量和時(shí)間等信息；電子學(xué)系統(tǒng)則把探測(cè)器產(chǎn)生的信號(hào)轉(zhuǎn)化成普通儀器可以讀懂的電信號(hào)，也就是脈沖信號(hào)。

　　Q為什么要打“遮陽(yáng)傘”？

　　中國(guó)航天科技集團(tuán)公司第五研究院的研制人員在將各種X射線探測(cè)器安裝到衛(wèi)星平臺(tái)上時(shí)，特別為中低能探測(cè)器設(shè)計(jì)了一把“遮陽(yáng)傘”。“高能探測(cè)器的溫度要在18℃左右，而中能和低能探測(cè)器的工作溫度卻可能低到-80℃或-40℃。這就好比一個(gè)人只有一件衣服，卻要在南極和赤道都能生存下來(lái)。我們用這把‘遮陽(yáng)傘’擋住陽(yáng)光，實(shí)現(xiàn)低溫工作環(huán)境，同時(shí)為高能探測(cè)器加熱，并在高低溫設(shè)備之間采取了隔熱措施。”衛(wèi)星熱控副主任設(shè)計(jì)師、載荷熱控主任設(shè)計(jì)師周宇鵬博士說(shuō)。

　　Q硬X射線如何探測(cè)？

　　因?yàn)樵赬射線能段成像十分困難，西方科學(xué)家發(fā)明了編碼孔徑成像技術(shù)和掠射式鏡面技術(shù)，但運(yùn)用這兩種方法制造的望遠(yuǎn)鏡都十分復(fù)雜和昂貴。尤其是后者，要求鏡面的表面粗糙度達(dá)到原子直徑量級(jí)，目前國(guó)內(nèi)尚不能制造這種適用空間X射線觀測(cè)的鏡面。

　　Q為啥探測(cè)面積越大越好？

　　鏡面望遠(yuǎn)鏡由于受到制造工藝的限制，一般面積比較小。而“慧眼”的探測(cè)面積很大，探測(cè)到的信號(hào)就會(huì)更多。信號(hào)越多，就越有可能發(fā)現(xiàn)其他望遠(yuǎn)鏡看不到的現(xiàn)象。如果探測(cè)器面積較大，一秒鐘能探測(cè)到大約100個(gè)光子，誤差就會(huì)變小，結(jié)構(gòu)就更明顯。“對(duì)于同樣能被觀測(cè)到的源，我探測(cè)到的光子數(shù)比你多，我就會(huì)比你發(fā)現(xiàn)更多的特性。”中科院高能所青年科學(xué)家熊少林解釋說(shuō)。

　　Q為啥視場(chǎng)越大越好？

　　“慧眼”還具有視場(chǎng)很大的優(yōu)勢(shì)，可以在兩天左右時(shí)間內(nèi)完成對(duì)銀道面的掃描。“我們知道，天空中有很多暫現(xiàn)源，毫無(wú)征兆地就爆發(fā)了，又會(huì)毫無(wú)征兆地消失，掃描觀測(cè)可以進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，比較容易發(fā)現(xiàn)這些暫現(xiàn)源。”熊少林說(shuō)，“對(duì)于一個(gè)已知源，當(dāng)然也有可能取得新發(fā)現(xiàn)，但對(duì)于一個(gè)新的源，新發(fā)現(xiàn)的概率更大，甚至是全新的聞所未聞的現(xiàn)象。”

　　Q太亮的源會(huì)晃瞎眼嗎？

　　X射線有一個(gè)特性：能量越高，光子數(shù)量越少；能量越低，光子數(shù)量越多。所以，觀測(cè)低能段X射線，往往會(huì)遇到光子堆積的問(wèn)題。而“慧眼”上的低能望遠(yuǎn)鏡不會(huì)碰到這個(gè)問(wèn)題。“聚焦型望遠(yuǎn)鏡不適合觀測(cè)強(qiáng)源，因?yàn)樗鼤?huì)把所有X射線的光子都聚到一點(diǎn)上，曝光量過(guò)大，所以一看太亮的源，就白茫茫一片。我們是準(zhǔn)直型望遠(yuǎn)鏡，可以把光子分散開，堆積率很低，所以看多亮的源，都不會(huì)晃瞎眼。”HXMT衛(wèi)星有效載荷低能望遠(yuǎn)鏡主任設(shè)計(jì)師陳勇說(shuō)。

　　Q如何觀測(cè)伽馬射線暴？

　　“慧眼”并沒有為觀測(cè)伽馬射線暴增加和更改軟硬件，使用的其實(shí)是高能望遠(yuǎn)鏡主探測(cè)器中原本用于屏蔽本底X射線光子（特別是從望遠(yuǎn)鏡后方入射的本底X射線光子）的碘化銫晶體。HXMT衛(wèi)星監(jiān)測(cè)伽馬射線暴的有效觀測(cè)面積相比以往的設(shè)備可提高十倍左右。

　　本版文字均據(jù)新華社 漫畫 新華社發(fā) 殷哲倫 作