空间硬X射线调制望远镜

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(1-250 keV)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.     

硬X射线调制望远镜卫星及其科学目标

正硬X射线调制望远镜(The Hard X-ray Modulation Telescope,简称:HXMT)是我国自主研制的第一颗X射线天文卫星,承载有高能X射线望远镜(20~250ke V,5000 cm2)、中能X射线望远镜(5~30ke V,952 cm2)、低能X射线望远镜(1~15ke V,384 cm2)以及空间环境监测器。HXMT具有扫描观测和定点观测两种工作模式,扫描观测可以进行宽波段大天区X射线巡天成像,定点观测可以研究黑洞、中子星等高能天体的多波段X射线快速光变,HXMT还可以监视天空的高能爆发现象。通过HXMT     

写在前面的话

正我国第一颗X射线天文望远镜——硬X射线调制望远镜(HXMT)——预计于2016年年底发射升空。HXMT的成功研制表明我国在空间X射线天文探测器设计、制造以及配套的性能测试(标定)以及地面科学应用系统等方面取得了全面突破,跻身国际上少数能够自主研制一颗X射线天文卫星的全部科学仪器的国家。为介绍X射线天文科学研究和HXMT的基本情     

封面故事

<正>用宇宙作为物理实验室,探索在地球上无法企及的条件下的物理规律,是物理学和天文学共同的前沿课题;空间天文观测是其中最重要的研究途径之一。硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星是我国自主研制的第一颗空间X射线天文卫星,将实现1-250 keV     

HXMT卫星X射线标定装置和标定实验

正HXMT卫星的建设是一个系统工程,既包括有效载荷的三个不同能量范围的X射线望远镜(见本专题HXMT各望远镜的介绍),又有为支撑其运行以及为实现其科学目标而建立的HXMT地面科学应用系统(见本专题"HXMT卫星的观测规划与数据处理"的介绍),以及为测试HXMT各个载荷性能指标和能量标定的标定装置。一、引言在X射线天文卫星的数据中,任何天体参数的测量都依赖于X射线光子和望远镜的相互作用,望远镜     

中国研制硬X射线调制望远镜卫星

 经过数年的延迟,中国第一个专用的天文卫星终获政府批准.这个价值1.54亿美元的硬X射线望远镜(Hard X-ray Modulation Telescope,HXMT)将于2015年发射升空,在离地面550千米高空,用4年时间给我们绘出一幅X射线天图并对X射线源的性质进行详细研究.     

一种聚焦型X射线探测器在轨性能标定方法

X射线探测器是X射线天文观测及脉冲星导航的核心器件,受发射振动、高能粒子辐射损伤及元器件老化等影响,X射线探测器空间观测性能会逐渐变化,X射线探测器在轨标定有利于观测天体X射线辐射信息的准确获取及精确建模.研究利用了脉冲星辐射能谱标定X射线探测器性能的方法,能较好地消除探测器本底及空间环境噪声的影响,通过处理脉冲星导航试验卫星(XPNAV-1卫星)的Crab脉冲星观测数据,评估了我国首款聚焦型X射线探测器的在轨性能.计算结果表明,XPNAV-1卫星上聚焦型X射线探测器的有效面积在0.6-1.9 keV能段内优于2 cm~2,其中在0.7 keV能量处取得最大值3.06 cm~2,探测效率约10%;有效面积随着探测能量增大而减小,在2—3.5 keV能段内有效面积约为1 cm~2,而大于5 keV能段的有效面积约为0.1 cm~2,且此能段估计精度明显受光子统计误差影响.同时研究了考虑能量响应矩阵的探测器有效面积标定新方法,利用地面性能测试中五个特征能谱处的能量分辨率重构其能量响应矩阵,重新标定了聚焦型X射线探测器有效面积,发现该能量响应矩阵对结果影响较小.最后建议观测某些超新星遗迹监测能量分辨率及能量线性等指标的变化.     

γ射线爆的研究进展—20世纪天体物理第三次大辩论

γ射线爆的研究已经历了２０余年，无论观测上或者理论上，均已积累了大量的数据和资料，构思了不少想法和模型，然而，１９９１年ＣＯＭＰＴＯＮ ＧＲＯ天文卫星上天以后，一系列的观测结果将这个领域推向空前激动人心的前沿，矛盾十分突出，几乎要求从头重新研究，对γ射线爆的时间特征，能谱性质，辐射区物理，空间分布等方面，进行了分析和讨论，阐述了近年来的研究进展，指出了存在的主要问题以及这个领域研究的重要意义。     

多丝正比室的逃逸门技术

为进行空间硬X射线天文观测,研制了一个高空气球载的高压氙(Xe)多丝正比室硬X射线谱仪,采用了逃逸门技术.本文介绍逃逸门技术的原理,并描述该谱仪实现逃逸门技术的方法及实际性能.该谱仪在87年高空气球飞行观测中获得了有效的实验数据.     

观测宇宙的新窗口--2002年度诺贝尔物理学奖介绍

文章介绍了2002年诺贝尔物理学奖获得者贾科尼对X射线天文学的开创性贡献，特别介绍了贾科尼等在开拓空间观测和发展x射线成像技术这两个方面的工作．文章通过x射线天文学的诞生、X射线天文卫星的发展介绍了X射线的空间观测对天体物理学的影响，对宇宙暗物质、双星中的吸积过程和X射线喷流现象等进行了简单介绍，并对高能天体物理学的发展给出了概略的描述．     

HXMT主探测器磁屏蔽设计与实验结果

硬X射线调制望远镜(HXMT)致力于实现硬X射线的高灵敏度巡天观测, 描绘硬X射线天图, 并对特殊天体作高灵敏度连续观测, 得到其辐射的能谱和时间变化等. 为了减少空间磁场对观测的影响, 确保本底计数的稳定性和能谱测量的精度, 我们用坡莫合金制成的磁屏蔽罩对HXMT主探测器的光电倍增管(PMT)进行了磁屏蔽处理. 实测表明, 在地面地磁场环境下PMT的最大增益变化幅度为6%; 它与自动增益控制系统配合能使在轨PMT增益变化幅度小于1%, 探测器本底计数变化小于0.1%.     

探索极端宇宙——从HXMT到eXTP和HERD

历经24年,经过几代人的传承和不懈努力,2017年6月15日我国第一颗X射线天文卫星——"硬X射线调制望远镜(HXMT)"发射成功,并被命名为慧眼①.得益于其大面积、宽能区、高能量分辨率和高时间分辨率等设计,"慧眼"作为一个小型X射线天文台在引力波事件、快速射电暴等高能爆发现象以及X射线双星的快速时变观测等方面都拥有独...     

大尺寸锗酸铋闪烁晶体与暗物质粒子探测

正暗物质的存在已被大量天文观测数据所证实,但却从未被直接探测到,揭开暗物质之谜有望是继相对论及量子力学之后的又一次重大科学突破。暗物质探测国际竞争异常激烈,为了抢占最佳时间窗口和保持优势,我国于2015年底发射了暗物质粒子探测卫星,该卫星是人类在轨观测能段范围最宽和能量分辨最优的空间探测器,其关键探测指标达国际领先水平。该     

硬X射线调制望远镜——中国第一颗X射线天文卫星

<正>1项目历程问:硬X射线调制望远镜(The Hard X-ray Modulation Telescope,简称HXMT)是我国自主研制的第一颗X射线天文卫星。目前卫星的研制工作已经完成,将于近期择机发射。张教授,您能不能简单介绍一下为什么要发射这颗卫星?张双南:天体发出的辐射往往覆盖了从无线电到高能伽马射线的整个电磁波谱段。为了更好地研究天体的物理性质,或者借助于天体提供的极端物理环境研究一些基本的物理过程,就需要     

HXMT准直器方案的优化设计

空间硬X射线调制望远镜(HXMT)的性能与探测器的总灵敏面积紧密相关. 利用蒙特卡罗工具对仪器的本底和点扩展函数进行计算分析, 提出了一种优化的准直器构造方案, 能减少探测单元总质量80多千克, 相当于至少5套新探测单元质量. 在同样的卫星载荷质量限制下, 新方案可以增加探测单元, 达到增大总探测灵敏面积, 提升HXMT灵敏度和角分辨率等性能的目的.     

邮票上的物理学史（64）--天体物理学:新的观测手段(续)

空间技术的发展,使得有可能建造空间观测站,到太空去观测,由此建立了空间天文学.它带来的好处是:①突破大气窗口限制,把观测波段从可见光和射电波扩展到电磁波全波段,包括红外、紫外、X射线和γ射线.我们还记得,天体物理学是伴随着光谱分析而建立起来的,依靠望远镜收集的一点星光,通过测量天体的亮度和分析天体的光谱,就建立了天体物理学,现在将观测扩展到全部电磁波段,得到的信息、发现的现象就更多了.②对地面能观测的波段,也减轻或消除了大气湍动的影响,提高了分辨本领.对光学望远镜成像主要有三个限制:衍射;大气宁静度;望远镜本身的缺陷.事实上,对一些大口径望远镜,大气湍动对成像的破坏作用远远超过了衍射限制.     

基于恒星观测的静止轨道成像仪指向偏差在轨修正

在建立基于恒星观测的成像仪指向偏差在轨修正模型的基础上 ,提出了模型中若干关键参数(包括最低观测星等、待观测恒星及成像仪凝视观测化置等)的选取方法.同时,开展了数字延迟积分技术,系统点源扩展函数等对指向偏差测量精度的影响分析,提出了指向偏差确定精度达1"的在轨修正方案,并利用GOES-9卫星成像仪实际恒星观测数据进行了部分定量验证.研究成果将为后续风云四号卫星成像仪高精度指向偏差在轨修正的业务模式设计和工程实施,提供重要的技术参考.     

EP-FXT聚焦镜真实表面状态的性能模拟方法

后随X射线望远镜(follow-up X-ray telescope, FXT)是爱因斯坦探针卫星的主要载荷之一.为了获取高信噪比的数据,实现对观测天体的高精度定位, FXT使用Wolter-Ⅰ型X射线聚焦光学系统,该系统一直是X射线空间天文观测中的重要设备.根据Wolter-Ⅰ型的聚焦原理,结合实际的加工特点,利用蒙特卡罗模拟算法对影响光学成像质量的几个关键参量,如表面粗糙度、面形误差进行了模拟,结合模拟结果对各参量的作用效果进行了分析.之后利用PANTER实验室提供的聚焦镜性能测试结果对模拟方法进行了验证,同时对面形误差参量进行了限制.最终聚焦镜结构热控件半能量宽度(half energy width, HEW)模拟与实测结果基本一致.该模拟过程可以很有效地应用于聚焦镜加工工艺的摸索,为FXT的聚焦镜测试和标定工作提供参考.结合实测标定数据,该模拟方法生成的有效面积、渐晕和点扩散函数等可用于在轨观测标定数据库.     

暗能量研究进展

1998年,美国两个超新星观测团队发现,今天的宇宙是在加速膨胀的,而推动宇宙加速膨胀的是一种不为当时人们所知的物质组分——暗能量。暗能量的存在是近年来粒子宇宙学研究领域最重要的发现之一,并为随后一系列的天文观测实验所支持。暗能量的物理性质已经成为当今宇宙学的一个研究热点,近年来已经取得了巨大的进展。本文将会回顾一下近些年来国内外在暗能量研究方面,特别是在利用天文观测数据限制暗能量性质方面所取得的进展,并展望未来的天文观测实验研究暗能量性质的可行性。     

暗能量研究进展

1998年,美国两个超新星观测团队发现,今天的宇宙是在加速膨胀的,而推动宇宙加速膨胀的是一种不为当时人们所知的物质组分——暗能量。暗能量的存在是近年来粒子宇宙学研究领域最重要的发现之一,并为随后一系列的天文观测实验所支持。暗能量的物理性质已经成为当今宇宙学的一个研究热点,近年来已经取得了巨大的进展。本文将会回顾一下近些年来国内外在暗能量研究方面,特别是在利用天文观测数据限制暗能量性质方面所取得的进展,并展望未来的天文观测实验研究暗能量性质的可行性。