探寻美丽星空，揭示宇宙奥秘——纪念“慧眼”卫星在轨运行5周年本文转自：中科院之声今天是

本文转自：中科院之声
今天是2022年6月15日，也是“慧眼”卫星绕着地球飞行5周年的日子，按照设计它的寿命只有4年，可是由于它的运行状态一切正常，望远镜各项性能依旧良好，科学成果络绎不绝，所以科学家们召开卫星延寿会议，决定让它再干两年。目前卫星平台星载燃料完好如初，可以满足多次轨道提升，预期“慧眼”卫星还可以稳定运行数年。
【探寻美丽星空，揭示宇宙奥秘——纪念“慧眼”卫星在轨运行5周年】
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图1：“慧眼”卫星观测双中子星并和引力波事件艺术图
“慧眼”卫星全称是硬X射线调制望远镜（Hard X-ray Modulation Telescope, HXMT）卫星，是我国的第一颗X 射线天文卫星，于2017年6月15日在酒泉卫星发射中心，带着科学家们的殷殷期盼，飞向茫茫宇宙。它运行在550km的近地圆轨道上，主要用来观测研究黑洞、中子星、伽马射线暴等等，它也是一架来之不易的太空望远镜，从1993年项目提出，到卫星项目立项，再到卫星发射升空足足用了24年，可以说它代表了中国空间天文的开端，凝聚了几代科学家的智慧和心血，背后是大批科学家的团结合作以及默默奉献和坚守，其中有一位科学家，她就是我国高能天体物理奠基人、“中国的居里夫人” ，对卫星项目立项有着卓越贡献的何泽慧院士，为了纪念她，大家给卫星取名“慧眼” ，希望这架空间望远镜能像她的眼睛一样慧眼如炬，穿过星际物质的遮挡发现黑洞，寻找高能天体的美丽风景。
“慧眼”卫星主要是通过观测宇宙中天体辐射的X射线来实现科学目标，大家知道， X射线本质上和可见光一样都是电磁波，只不过X射线的波长更短，如果用一台普通的光学望远镜对准X射线天体源，则根本无法获得X射线的图像，为了解决这一难题，获得X射线天体源的图像，科学家们想了很多解决办法。比如德国科学家沃尔特发明设计了掠射式镜面，仍然采用光学成像原理，可以实现一定能量范围的X射线聚焦，这其中的原理不难理解，如同站在湖边打水漂一样，一方面风平浪静的湖面更容易打出漂亮的水漂，另一方面选择扁平的瓦片与湖面夹角越小越容易打出漂亮的水漂。掠射式镜面能让X射线反射聚焦的奥妙在于镜面的粗糙度足够低，同时X 射线入射时与镜面的夹角足够小。比如2012年美国发射的NuStar卫星（Nuclear Spectroscopic Telescope Array）就实现了79千电子伏特的硬X射线聚焦成像， NuStar采用的镜面由高密度材料和低密度材料反复重叠200层左右镀成，每层厚度和表面粗糙度都达到了原子量级，工艺的一致性和稳定性世间罕见。由于掠射式镜面制作难度非常大，对一个国家的工业水平要求极高，国内至今还无法制作出如此光滑而且反射如此高能量的X射线的镜面。
面对当时国内制作工艺无法逾越的技术鸿沟，我国科学家在算法上另辟蹊径，提出了直接解调成像法。硬X射线调制望远镜就是随着这个方法的提出应运而生的。20世纪90年代初，中科院高能物理所的李惕碚院士和吴枚研究员在不断探索中找到了一种新的算法，即使无法实现聚焦，仍然可以有效地将解调之后的信号还原成图像，这种方法被称为直接解调技术，获得了令人满意的准确度。调制就是扫描，李惕碚院士结合扫描探测技术与这种图像处理技术，提出了硬X射线调制望远镜的概念，希望这种简单成熟的方法能弥补国内技术上的缺陷，对硬X射线源做成像观测，得到天图。