概述
硬X射线调制望远镜(HXMT)完全建立在中国成熟的硬件技术、创新性的[1]数据处理方法基础之上，中国已发展成熟的“资源二号”卫星平台基本能满足HXMT的需要。因此，HXMT将是一颗真正属于中国的、具有高度科学创新性和技术可靠性的科学卫星。
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 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。
HXMT建立在中国学者对硬X射线成像技术的原始性创新和成熟可靠的探测器技术基础之上。从2000年以来，HXMT的预研工作得到国家974项目、中科院知识创新工程重大方向性项目和清华大学985项目的联合支持，现已完成有效载荷系统地面样机研制，成功地进行了气球飞行检验。中国已发展成熟的“资源二号”卫星平台的主要性能完全满足HXMT卫星的要求，不存在需要攻克的关键技术问题。HXMT是一颗具有重大科学意义、高度创新性与技术可靠性的科学卫星，已经具备进行工程研制的条件。在“十一五”期间发射HXMT卫星，可以在基础科学的一个重要前沿为中国取得具有高显示度的重大成果。
硬X射线调制望远镜
成像方式
硬X射线成像比X射线成像困难得多，上世纪70年代开始发展了编码孔径成像技术, 它是用探测器阵列与编码孔板构成的编码孔径望远镜，记录不同方向入射的光子编码板投影的叠加,然后再借助于解调或者反演的数学方法求出影像，上世纪90年代，欧洲和美国先后开始研制编码孔径成像的硬X射线卫星。
硬X射线调制望远镜（Hard X-ray Modulation Telescope，简称HXMT）是一台工作于硬X射线能区(20 千电子伏特~200 千电子伏特)的大探测面积天文卫星。它将绘出世界上第一幅高精度的硬X射线天图，发现大批的硬X射线天体和一系列天体高能辐射新现象，从而填补这一国际上的观测空白，构成天文学发展史上的一个里程碑。
望远镜组件
HXMT卫星望远镜组件，和光学望远镜不同的是，它其实为一组工作在不同波段上的X射线探测器，左边突出的是低能X射线探测器;中间圆形的是高能X射线探测器；右边是中能X射线探测器。
科学目标、主要作用
实现最高灵敏度和分辨率的硬X射线巡天：发现大批被尘埃遮挡的超大质量黑洞和未知类型天体，分解和确定宇宙硬X射线背景辐射的来源。
研究致密天体和黑洞强引力场中动力学和高能辐射过程：对黑洞、中子星、活动星系核等高能天体实现高精度定向观测，研究其光变性质和光谱，高能粒子加速机制等重要物理过程。
观测目标
硬X射线巡天
绘制高精度硬X射线天图，使硬X射线天体的数量提高十倍以上并可能发现新的天体类型。从而极大丰富人类对硬X射线宇宙的认识。
活动星系核和类星体
活动星系核和类星体的能量来源是人类尚未解释的宇宙之谜，有可能来自于巨型黑洞和周围物质之间的作用。HXMT将系统研究各类活动星系核和类星体的硬X射线辐射性质，并通过与其他波段的联测研究活动星系核的辐射来源和辐射区结构。
X射线双星
X射线双星由一个中子星或黑洞与一个正常恒星构成。HXMT将通过X射线双星研究致密星周围吸积盘的形成和演化、强引力场中各种广义相对论效应的检验、黑洞的形成及演化、黑洞自转、视超光速喷流现象、中子星的物质状态方程等。
超新星遗迹
超新星遗迹是恒星演化晚期超新星爆发的产物，HXMT将研究超新星遗迹的非热X射线辐射性质，探索高能宇宙线的起源和加速。
星系团
星系团是宇宙中最大的引力束缚系统。HXMT将系统研究星系团的硬X射线辐射，测量星系团中高能粒子的含量，探讨高能粒子对气体的加热效应。 恒星的耀斑爆发。恒星巨大的耀斑爆发要比太阳耀斑强许多个数量级，伴随着强烈的X射线暴发。HXMT可研究恒星冕区的演化、以及高能粒子在磁活动区的被加速。
开发背景
国际技术
20世纪90年代初，欧洲开始采用技术复杂、价格昂贵的编码孔径技术建造硬X射线成像卫星INTGRAL，而美国硬X射线卫星Swift也于2004年上天，它们正在进行硬X巡天，进入新世纪以来，美国NASA开始实施雄心勃勃的“超越爱因斯坦计划”,它的主要目标之一是用新一代黑洞发现者卫星探测黑洞，了解黑洞附近的空间、时间和物质的行为。HXMT具有比INTGRAL和Swift更强大的成像能力和独一无二的定向观测能力，如果能在今后几年中发射上天，就可以抓住另一个重要的科学机遇：赶在“超越爱因斯坦计划”黑洞发现者上天之前，发现更多新的黑洞天体，并深入研究黑洞强引力场中的动力学过程，为实现“超越爱因斯坦”的科学追求做出重大贡献。美国“超越爱因斯坦计划”新一代黑洞发现者的候选项目EXIST的首席科学家Grindlay教授指出：HXMT是今后这段时期中研究黑洞动力学过程的独一无二的硬X望远镜；对中国是一个很好的机会用发射硬X射线卫星在一个重大的科学前沿取得领导地位。
国内技术
1992年 ，高能所的李惕碚和吴枚应用非线性手段于数据分析，建立和发展了对象重建的直接解调方法（Direct Demodulation Imaging Method，简称DD方法），其核心是更多地利用观测数据的信息，在解调计算中合理地施加物理约束。该方法具有灵敏度高、抑止噪音能力强、能突破望远镜的内禀角分辨率等传统高能天文成像方法所不具备的优点。用该方法指导仪器设计，能够用简单成熟的准直型望远镜实现高灵敏度、高空间分辨硬X射线成像观测。
1993年，高能所研制了球载硬X射线探测器（左图为实验气球，右图为球载硬X射线探测器HAPI-4的吊篮），在离地38公里的高空成功地对天鹅座X-1进行了扫描成像，证明了直接解调成像技术的可行及成像能力。由于受到气球飞行时间的限制，无法对天体进行长时间的观测。同时，还受到气球飞行高度的限制（约40公里），不能观测天顶角低于50度的天体。而卫星的高度在500-600公里，在轨运行时间可长达2年以上，可对全天球进行观测，实现全天巡天扫描，提出 了“空间硬X射线调制望远镜HXMT建议书”。
1993-1995年，美国NASA总部林志豪（J. Ling）教授、日本理化学所及宇宙科学所松冈胜教授、德国马普地外所所长及ROSAT卫星首席科学家Truemper教授、美国哈佛－史密松天体物理中心J.Grindlay教授等重视HXMT的科学重要性，分别提出和探讨在HXMT项目上进行合作。
相关知识
X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。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奖。
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—20 keV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。
直接解调方法
20世纪90年代初提出直接解调方法，用简单成熟的硬件技术可以实现高分辨和高灵敏度硬X射线巡天。直接解调方法则应用非线性的数学手段，直接解原始的测量方程，实现反演成像。由于更充分地利用了数据中有关测量对象和测量仪器的信息，同样的数据经直接解调可以得到比传统方法好得多的反演结果，把直接解调技术运用于实验设计，可以突破仪器内禀分辨的限制，用简单的非成像探测器扫描观测，实现高灵敏度和高分辨率的成像，与复杂和昂贵的编码孔径成像系统相比，简单的准直探测器扫描数据直接解调成像的，分辨率高，同时噪音干扰被有效抑制，背景异常干净。
意义
有望赶在欧美之前发现黑洞
“这个项目已经过10多年的预研”，苏定强说，各项关键技术几乎都已解决。
进入新世纪以来，美国国家航空航天局开始实施雄心勃勃的“超越爱因斯坦计划”，它的主要目标之一，是用新一代“黑洞发现者”卫星探测黑洞，了解黑洞附近的空间、时间和物质的行为。
中国计划发射的太空望远镜，具有更强大的成像能力和独一无二的定向观测能力，如果能在今后几年发射上天，可以赶在“黑洞发现者”上天之前，发现更多新的黑洞天体，从而在一个重大的科学前沿取得领导地位。
硬X射线调制望远镜
“哈勃”太空望远镜主要观测可见光波段，最大限度收集从遥远星球发出的光线，其波长范围在390—780纳米；X射线望远镜观测波段范围是0.01—10纳米，主要探测宇宙X射线背景辐射，“前者好比是看图像，后者好比是听声音。”
在南极冰盖最高点冰穹A，正在酝酿架设一台15—30米口径的望远镜，它能在光学、红外、亚毫米波等三个波段工作，利用那里得天独厚的环境进行自动观测。
今天，国家天文台研究员魏建彦向本报记者证实，从技术上来说，我国最迟将于2020年，在月球上建成月球天文台。
日前，中国科学院院士、绕月探测工程首席科学家欧阳自远在中国科技馆进行讲座时透露，嫦娥三号将在西昌进行发射，着陆器上放置了7套仪器，其中包括一台天文望远镜，用它在月球上进行天文观测尚属世界首次。
负责该望远镜研制的研究员魏建彦告诉记者，此望远镜暂时命名为紫外望远镜，作为我国未来建立月球天文台的先头试验兵。
月球上观测天象属世界首次
国际太空杂志执行主编庞之浩接受本报记者采访时介绍，目前，世界各国进行天文观测，多为地基观测和轨道观测。
地基观测便是我们熟知的在地球上建立天文台，通过各种天文望远镜，针对可观测到的天体进行长时间各种图片数据监测；轨道观测，目前最著名的便是美国的空间望远镜“哈勃”、“钱德拉”等。
空间望远镜被置于地球大气层之上，通过环绕地球，获得地基望远镜所没有的好处——影像不会受到大气湍流的扰动，视相度绝佳又没有大气散射造成的背景光，还能观测会被臭氧层吸收的紫外线。
“而在月球上进行天文观测，则比轨道观测又进了一步。”魏建彦对本报记者表示，据其了解，上世纪美国在探月时，曾携带过一个相机大小的望远镜到达月球，但是那个望远镜太小，且从技术上来说，亦不如现在先进，且在随后的四五十年间，都未有过天文望远镜登上月球。
因此，我国嫦娥三号携带的“紫外望远镜”在月球上进行天文观测，可以说是“尚属世界首次”。
天文台·优势
月球观测环境优于轨道观测
“在月球上进行天文观测的意义重大。”魏建彦接受本报记者专访时说。
魏建彦说，在月球上，天文望远镜主要用来观测恒星以及行星等天体的运行变化，通过长时间的观测记录从而得出它们的变化规律，有利于人类保护地球以及探索太空。
同时，在月球上进行天文观测的环境，比地球以及太空轨道进行观测均有优势。
相对于空间轨道观测来说，在月球上进行天文观测的好处也显而易见。
目前在空间轨道上，美国和欧空局等国家的空间望远镜，观测的精度确实很高，观测范围也很广。
但劣势就在于，在轨道上，望远镜运行的时候自由度比较高，没有固定的地方，一方面容易发生抖动和偏转，另一方面，极有可能受到空间碎片的撞击导致损毁，去年俄罗斯的一观测器，就与太空碎片相撞而被撞毁。
像我国这样，把望远镜固定在月球车上，而月球车同时又是着陆行进，抖动、偏转、撞击等便均可避免。
天文台·位置
我国天文台建在月球的极区中
庞之浩说，在嫦娥三号月球车上携带天文望远镜，将会在月球上做一些震动、短距运行、观测等相关的测试应用试验，为将来建立天文台做准备。
“未来的月球基地将在极区建设。”魏建彦证实。
魏建彦告诉记者，因为月球自转和公转的方向以及周期均一样，所以在月球南北两极的极区中有一片地方，基本上一直处于太阳照射状态，不会出现像地球两极一样极昼极夜现象。
他补充说，这样将望远镜放在极区，天文观测设备就可以源源不断地获得太阳能，从而进行持续不断的观测，获得连续的天象变化记录。
此次随嫦娥三号奔月的紫外望远镜，将成为我国未来进一步进行月球天文观测的先头兵。并且，从技术上来说，我国最迟将于2020年，在月球上建成月球天文台。
综上所述，本文已为讲解硬X射线调制望远镜，相信大家对硬X射线调制望远镜的认识越来越深入，希望本文能对各位读者有比较大的参考价值。
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