中国“哈勃”何时见“黑洞”?

  天文, 评论

如果不是冗长的论证,以及长达十余年的经费钱粮无着,11月15日宣布那个“令人震惊”消息的,恐怕不是NASA而是中国。

这并不是胸怀民粹主义的愤青臆想。当钱德拉X射线望远镜这一拗口名号在瞬间传遍全球时,偏于北京一隅的北京高能所粒子天体物理中心内,有一台一人多高的白色圆柱形仪器,几乎也可以完成钱德拉的使命——事实上,这个表面镶嵌着18个圆孔,有点像巨型蜂窝煤的大家伙,在理论设计上不仅不亚于钱德拉,甚至比钱德拉还要给力。

它的名字是硬X射线调制望远镜(Hard X-ray Modulation Telescope,简称HXMT),被并不确切的称为中国版“哈勃”。

“中国哈勃”自有优势

想必了解X射线功效的诸位,对于X射线望远镜的原理并不难揣摩。没错,所谓X射线望远镜,即是以收集太空中的X射线作为观测手段的空间仪器。

在宇宙中,脉冲星、伽玛射线暴、超新星遗迹、黑洞等都会辐射出X射线,如果可以接收到这些射线加以分析,就能勾画出这些天体的轮廓。但由于X射线无法穿越地球大气层,科学家只能在高空或者大气层以外观测到天体的X射线辐射,于是类似于钱德拉这样的空间天文卫星——俗称望远镜,也就成为了X射线天文学的主要工具。而在此之前,黑洞不过被看作广义相对论里的数学游戏而已。

X 射线望远镜让人们得以一窥黑洞的神秘一角。1999年,美国钱德拉X射线望远镜发射升空,同时期进入太空的还有欧洲XMN_牛顿望远镜,牛顿望远镜具有极高的谱分辨率,而钱德拉兼具了非常高的空间分辨率和谱分辨率,作为21世纪初X射线天文学最为主要的观测设备,钱德拉与牛顿望远镜开启了X射线天文学的新时代,取得了一大批重要的研究成果。

即便如此,还是有一个突出的问题摆在科学家面前,即钱德拉只能看到波长在0.1nm以上的X射线(被称为软X射线),对于能量较高,波长在0.01nm至0.1nm之间的X射线“视而不见”。换言之,对于高能辐射的天体,钱德拉连围观的资格都不具备,纯属打酱油。

在这一领域,美国人计划采用编码孔径成像技术——用探测器阵列与编码孔板出征的编码孔径望远镜,先记录下不同方向射入的“光子编码板”投影的叠加,然后再借助于解调,或是反演的数学方法求出影像:这是一个相当复杂的过程。

中国科学家则走了另外一条路:用一个准直器来限制探测器的视场,通过扫描获取数据,然后直接解观测方程来还原X 射线强度的空间分布。这一技术路线由中科院院士李惕碚等人在1992年提出,在1993年的首次高空气球硬X射线扫描观测中,取得了对天鹅座X-1的高分辨率成像。

巧合的是,几乎在同时,MIT用昂贵的编码孔径成像方法也做了同样的试验,比对两者的观测结果,直接调整的图片质量居然优于采用编码孔径技术。

直接解调成像方法价廉物美得让人难以相信。但作为核心的解调方法还有待确认,这直接导致1994 年HXMT 申请进入“九五规划”立项受阻。

谁知这一拖就是十三年。

/gkimage/ee/e8/8u/eee88u.png

HXMT核心探测器——高能X射线望远镜部分由18组探测器并联而成,具有极高的精度和分辨率。

在此期间,李惕碚与他的团队利用国外的卫星数据,通过直接解调方法取得了一系列新的成果,包括发现了新天体和新现象,发表了数十篇论文,直接解调技术才逐步为国际认可,2002年在意大利举行的“国际空间科学暑期讲习班”上,HXMT硬X射线望远镜被选为8个最重要的空间项目之一,同美国钱德拉X射线望远镜、欧洲牛顿望远镜等一起作介绍。

但在国内,为设法进入国家规划,HXMT项目不停的接受专家评审,其中有一次已经通过,又遭到国内其他科学家的质疑,不得不推倒重来,再次评审。

曲折过关 一再受阻

在果壳网所获得的李惕碚与15位院士联名写给中央领导的信中,详细介绍了HXMT项目曲折的“过关”经历。

2005年,HXMT被遴选为“十一五”民用航天空间科学卫星项目,随后科工委组织了对HXMT项目的两次评审会,项目进入背景型号研究阶段,要求在2006年9月完成背景型号研究进入工程立项。

但在2006年2月,国内部分学者给领导部门提交了一份报告,质疑直接解调方法的先进性,要求复评。国防科工委委托中科院对HXMT项目再次进行综合科学论证。在半年时间中,又举行多次相关学科院士、专家研讨会,并请国内和海外专家进行了书面评议。6月30日,评委在进行了长时间闭门讨论后,进行了记名的秘密投票,形成综合评议意见——HXMT得到了认可。

在口水之中,2002年欧空局发射了硬X射线卫星Integral,两年后美国发射Swift巡天卫星,“虽然这两颗卫星采用的是传统技术,造价高,性能比HXMT差,但中国却丧失了实现人类首次硬X射线成像巡天的机遇 (灵敏度和空间分辨率都比HXMT差的Swift,近来被评为世界最具科学影响力的十大天文望远镜,名列第二,第三为哈勃空间望远镜)”,事后李惕碚上书中央高层,如此直言其中利害。

中科院院士何泽慧则在给科学院领导人的信中说到,“在科学发展的历史上,由于研究方法的原始性创新而开拓新领域的机会是不多的,需要及时抓住”。

直到2007年,HXMT项目才被写进《“十一五”空间科学发展规划》,明确提出“自主研制硬X射线调制望远镜,计划2010年发射上天,实现我国空间天文卫星零的突破,在黑洞物理研究等领域取得突破”;同年10月国务院批准《航天发展“十一五”规划》,再次明确“优先支持面向重大科学问题的自主创新项目,研制硬X射线望远镜”。

嗅觉灵敏的老外循迹而来——CNN立即以“中国将发射天文卫星”为题对HXMT作了长篇报道,《科学》(Science)杂志也在首页登载中国将于2010年发射先进的X射线卫星的消息,《自然》(Nature)杂志新闻编辑来北京就HXMT进行长时间采访。《科学》和《自然》杂志称,要在卫星工程立项后以专文进行详细报导。

但麻烦又来了。

2008年4月,国防科工委委托中咨公司完成HXMT卫星经济可行性评估,核定总经费约人民币10亿元。但由于经费不能落实,原定于2008年完成的工程立项未能完成。

李惕碚说,这个项目他们拿到2000万元(中科院和清华各配套1000万元),总计4000万元。“十一五”项目前期给了1800万元,2009年钱用完了,清华同意先借款1500万元。所以总体来说,这个项目拿到的钱一共不到8000万元。

相对于军事或应用项目的卫星,中国的科学实验卫星数量很少,很多相关机制和保障都不到位,再加上2008年大部制改革,国防科工委撤销,变为国防科工局,因此空间科学卫星项目难免要受到很大影响。

有熟悉此事的人士说,李这几年一直在说这个项目的科学意义,这一点很不讨巧。

/gkimage/0d/2u/m9/0d2um9.png

即便在中科院高能物理所网站的“科技园地”页面上,仍可见这样期盼。中国的“硬X射线调制望远镜”升空这件事上,多少体现出了中美两国在对待重大科研项目投资问题上的一些不同。

除了HXMT项目,同样陷入困顿的还有《“十一五”空间科学发展规划》中的返回式微重力实验卫星“实践10号”,原本预期2009年发射,可至今没有工程立项。

李惕碚则提到,在空间科学领域,引进项目、合作项目往往进展顺利,而对于HXMT那样的自主开发项目进展缓慢。

时针已快指向2010年的尾巴,原定2010年发射的HXMT项目在今年升空的可能性也将微乎其微。海外媒体一直在等待这个中国版“哈勃”的升空,最近海外报章,包括国内媒体都对HXMT的发射时间多有揣测,有的说就在今年年底,有的说要推迟到2011年。

前不久,李惕碚本人向我讲述,恐怕到2011年发射也有困难,不过由于温家宝总理的亲自过问,HXMT已经成功立项,经费问题也会得到解决,关键性的技术问题早已攻克,接下来要做的就是试验等工作。

只是到了2011年8月,美国宇航局又将发射采用聚焦技术的硬X射线望远镜卫星NuSTAR,如果NuSTAR抢在HXMT前上天,将抢走原应由HXMT取得的部分成果。此外,美欧正在进行探测黑洞大型卫星的预研,HXMT尚存的科学机遇正在一步步被蚕食。

日本天文学家小田在1965年提出准自调制方法观测X射线时,在美国光学杂志发表的文章篇幅不足一页,他用1年做实验,4年后X射线望远镜Uhuru就升空实现了巡天。李惕碚等人在1992年建立直接解调方法,也是用1年实现了直接解调成像,但十八年过去了,中国“哈勃”依然没有升空。两相对比,不得不令人深思。

相关文章:
2009年6月《新知客》杂志记者曾采访李惕碚院士。当时他曾无奈地说: “HXMT如果得不到财政支持继续拖延下去,就会在激烈的国际竞争中丧失时机,而成为一个罕见的反面事例:一个国家在长达15~20 年的时间里都抓不住自主创新所提供的科学机遇。当然,提供反面的教训也是贡献吧!”

(了解最新科技与商业资讯及新鲜话题,关注本站微博 http://t.sina.com.cn/guokrtechb

LEAVE A COMMENT

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.