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1、空间硬Ｘ射线调制望远镜论文.freelesnotaccessibleonEarth,.freelonfrontierbety.ThehardX-raymodulationtelescope(HXMT)missionisthefirstdedicatedastronomysatelliteinthe2006—2010five-yearplanforspacescienceunveiledbytheNationalSpaceAdministrationofChina.TheHXMTmissionaichardX-raybac
2、kgroundobserver,andmakesensitivepointedtimingandspectralobservationsforstudyingtheunderlyingphysicsprocessesofblackholesandotherpactobjects.FifteenyearshavepassedsincethesubmissionoftheHXMTproposalbasedonaneagingtechnique.ItisstillachallengeforChinatoseeifthescie
3、ntificopportunitycreatedbysuchatechnologicalinnovationcanbefinallygrasped.Keyyfromspace1X射线天文学的开拓天体的高能辐射(X射线γ射线)被地球大气吸收,必须在地外空间才能被观测到.1962年,美国科学工程公司一个青年核工程师贾科尼(R.Giacconi),联合麻省理工学院的学者,用探空火箭把X射线计数器放到高空,探测月面被太阳照射时产生的荧光X射线,意外地在月亮和太阳以外的天区探测到一个很强的X射线源1.当时用的X射线探测器不能成像,
4、只能测得宽视场中的X射线光子计数,不能确定X射线天体的位置.1965年,在美国工作的日本学者小田(M.Oda)提出准直器调制定位方法2,可以利用简单的X射线计数器确定X射线源的方位.1966年,贾科尼小田等将加了准直器的X射线探测器用火箭重新发射上天,测出这个X射线源在天蝎座,这就是人类发现的第一个宇宙X射线源天蝎座X-1.1970年,采用这一技术的X射线天文卫星“Uhuru(自由号)”上天.Uhuru实现了人类历史上首次X射线(2—20keV)巡天,发现了400多个宇宙X射线源.其后,贾科尼等发展了X射线掠射成像技术,
5、发放了“爱因斯坦天文台”等X射线成像卫星,使X射线天文学走向成熟.2002年,贾科尼由于开拓了人类观测宇宙的新窗口——X射线天文学而被授予诺贝尔物理学奖.2硬X射线天文对于研究天体极端条件下的高能过程,光子能量高于10—20keV的硬X射线是比X射线更重要的窗口.例如,黑洞吸引周围物质形成吸积盘,其最后一个稳定轨道内边缘的温度达到数百万上千万度,发射强烈的软X射线.而从吸积盘边缘到黑洞视界的高温等离子体温度高达数十亿度,这个区域主要发射比软X射线能量更高的硬X射线.所以,硬X射线是研究邻近黑洞强引力场区域时间空间和物质性
6、质的关键波段.而且很多巨型黑洞被尘埃包围,软X射线无法穿透,只能用硬X射线探测器去发现它们.上世级90年代初,美国科学研究委员会天体物理委员会在规划未来十年美国天体物理发展的报告中指出,高能天文观测存在一个重要的缺口,就是硬X射线波段,预期这个波段将是非常富有成果的领域,报告将硬X射线成像列为优先级最高的90年代空间高能项目;美国宇航局也把硬X射线巡天列为90年代空间高能天体物理的首要任务.硬X射线成像比X射线成像困难得多.上世纪70年代开始发展了编码孔径成像技术,它是用探测器阵列与编码孔板构成的编码孔径望远镜,记录不同
7、方向入射的光子编码板投影的叠加,然后再借助于解调或者反演的数学方法求出影像.上世纪90年代,欧洲和美国先后开始研制编码孔径成像的硬X射线卫星.3直接解调方法我们于上世纪90年代初提出直接解调方法3,用简单成熟的硬件技术可以实现高分辨和高灵敏度硬X射线巡天.自从高斯发明最小二乘法以来,人们总是借助一些简化的最优化条件(如最小二乘条件最大熵条件或最大似然条件)或线性数学变换(如傅里叶变换),实现由观测数据到真实对象的反演;直接解调方法则应用非线性的数学手段,直接解原始的测量方程,实现反演成像.由于更充分地利用了数据中有关测量
8、对象和测量仪器的信息,同样的数据经直接解调可以得到比传统方法好得多的反演结果.把直接解调技术运用于实验设计,可以突破仪器内禀分辨的限制,用简单的非成像探测器扫描观测,实现高灵敏度和高分辨率的成像.与复杂和昂贵的编码孔径成像系统相比,简单的准直探测器扫描数据直接解调成像的,分辨率高,同时噪音干扰被有效抑制,背景异常干净
