天文卫星：入驻太空看“奇观”

2017年6月15日上午11点，我国在酒泉卫星发射中心利用长征四号乙运载火箭，成功将我国首颗大型天文卫星——硬X射线调制望远镜送入预定轨道。

该卫星的发射成功填补了我国高能天体观测卫星研制的空白，推动了空间技术的发展，实现了我国高能天体物理领域从应用国外卫星数据到用中国卫星观测数据的跨越。

那么，什么是天文卫星？它有何特点？目前国内外的天文卫星发展又如何呢？

从地面搬到太空

天文学是一门古老而又现代的自然科学，从早期的观象授时发展到如今既能对单个天体又能对宇宙大尺度结构的构造、化学组成及演化史展开精密分析。

这种进步主要得益于观测波段的扩展，目前已从早期可见光发展到如今的射电、红外线、紫外线、X射线和伽马射线等电磁波频段，极大地丰富了人类获取天体信息的手段。

但是，由于地球上空包裹着一层厚实且层次复杂的大气，对天文观测造成了很大影响，大气层在吸收地面二次辐射后又会对地面的红外望远镜造成干扰，大气对流造成的“星星眨眼”使得天体定位精度难以进一步提高。

另外，虽然大气层的存在对来自太空的紫外线、X射线和伽马射线等高能射线起到了吸收和散射作用，有效保护了地球生物，但也使地面望远镜在面对这些波段时难以实施有效观测。

为了打破大气层的禁锢，科研人员想到了把望远镜及其他天文观测设备安装在人造卫星上，去没有大气干扰的宇宙空间展开观测。

这些天文卫星一般运行在几百公里或更远的轨道上，没有地球大气的阻挡，卫星所搭载的仪器能接收来自天体的无线电波到红外波段、可见光波段等电磁波辐射，提供了完整的宇宙图像。

这种卫星按观测目标的不同，可划分为太阳观测卫星和非太阳观测卫星；按照所搭载仪器主要观测波段的不同可划分为红外天文卫星、紫外天文卫星、X射线天文卫星和伽马射线天文卫星。

硬X射线卫星优势独特

目前，国际上在轨运行的X射线天文卫星有7颗，主要的探测媒介是X射线、伽马射线，其研究对象主要包括黑洞、中子星、活动星系核、伽马射线暴等高能天文现象。

虽然，硬X射线天文卫星也是研究包括黑洞、中子星、活动星系核、伽马射线暴等高能天文现象，但功能则比X射线天文卫星更先进。与在轨运行的X射线天文卫星相比，这种卫星具有大天区、大有效面积的宽波段X射线扫描巡天观测能力，可以更有效地发现行星处于爆发状态的X射线暂现源；可实现大面积、宽波段、高时间分辨率、高能量分辨率的定点观测能力，可以高统计量地研究X射线快速光变和能谱快速变化。

例如，我国此次发射的硬X射线天文卫星的探测能力十分强大，其携带的主要科学载荷涵盖低能、中能和高能三个互有重叠的X波段。该卫星具有国际先进的暗弱变源巡天能力，可进行引力波暴电磁对应体的寻找和后随观测；具有独特的多波段快速光变观测能力、软伽玛射线的观测能力和宽波段大天区X射线巡天能力等。

这些功能使该卫星获得比欧空局研制的国际伽马射线天体物理实验台、美国“雨燕”更强大的成像能力和独一无二的定向观测能力，能以较高灵敏度和分辨率发现大批被尘埃遮挡的超大质量黑洞和其他未知类型高能天体。

天文探测成绩斐然

世界上第一颗天文卫星是美国在1970年发射的Uhuru X射线卫星，它实现了X射线巡天，开创了空间高能天文的新领域，打开了人类观测宇宙的新窗口。

该卫星上装有两个相互反向的X射线探测器，利用卫星的旋转进行了系统的X射线巡天，确定了约350个X射线源，发现了很多银河系中的X射线双星、来自遥远星系团的X射线，以及第一个黑洞候选天体“天鹅座X-1”。因此，Uhuru被誉为人类X射线天文学发展史上的里程碑。

1999年，美国宇航局研制的钱德拉X射线天文卫星由于采用了先进的镀膜工艺，提高了成像分辨率，先后在M82中发现了中等质量黑洞的证据、发现伽玛射线暴GRB991216中的X射线、观测到了银河系中心超大质量黑洞“人马座A”的X射线辐射，以及物质从原恒星盘落入恒星时发出的X射线，可谓功勋卓著。

另外，2002年10月欧空局发射的INTEGRAL天文卫星，同样具备视场大、巡天观测效率高的能力，尤其是在软X射线波段进行巡天时获得了大量伽玛射线源的高分辨率图像。 

近年来，日本在天文卫星研制方面也颇有建树，先后发射了多颗X射线卫星。其中，2016年2月17日发射的瞳X射线天文卫星携带有一台12米的超长焦距成像望远镜，日本成为继美国后世界上第二个拥有硬X射线聚焦成像天文卫星的国家。（作者：姚强 来源：飞天科普周刊）