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1、空间硬Ｘ射线调制望远镜摘要用宇宙作为物理实验室,探索在地球上无法企及的条件下,例如极早期宇宙或黑洞视界附近强引力场中的物理规律,已成为新世纪物理学和天文学共同的前沿课题;空间天文观测是其中一个最重要的研究途径.自主研制和发放空间硬X射线调制望远镜(HXMT),实现中国空间天文卫星零的突破,是中国《“十一·五”空间科学发展规划》的目标之一.HXMT将实现宽波段X射线(1—250keV)巡天,其中在硬X射线波段具有世界最高灵敏度和空间分辨率,发现大批被尘埃遮挡的超大质量黑洞和未知类型天体,探测宇宙硬X射线背景辐射;HXMT还将通过对黑洞和其他高能天体宽
2、波段X射线时变和能谱的观测,研究致密天体极端物理条件下的动力学和辐射过程.基于成像技术创新提出HXMT项目迄今已有15年,能不能抓住技术创新所提供的科学机遇仍然是一个严重的挑战.关键词高能天体物理,黑洞,空间天文 Abstract:UsingtheuniverseasauniquelaboratoryforprobingthelaesnotaccessibleonEarth,suchastheveryearlyuniverseorstronggravityfieldsneartheeventhorizonofablackhole,isaneo
3、nfrontierbety.ThehardX-raymodulationtelescope(HXMT)missionisthefirstdedicatedastronomysatelliteinthe2006—2010five-yearplanforspacescienceunveiledbytheNationalSpaceAdministrationofChina.TheHXMTmissionaichardX-raybackgroundobserver,andmakesensitivepointedtimingandspectralobserva
4、tionsforstudyingtheunderlyingphysicsprocessesofblackholesandotherpactobjects.FifteenyearshavepassedsincethesubmissionoftheHXMTproposalbasedonaneagingtechnique.ItisstillachallengeforChinatoseeifthescientificopportunitycreatedbysuchatechnologicalinnovationcanbefinallygrasped. K
5、eyyfromspace 1X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,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
6、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,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
7、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
8、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
