中国空间科学学会

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。

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。

硬X射线指能量在20千电子伏特以上的X射线，而能量在10千电子伏特以下的，就被称为软X射线。硬X射线调制望远镜只是沿用了最初的名字，其实早已不再局限于硬X 射线这一能段，它包含高能X射线望远镜（HE，20-250 keV , 5100 cm²），中能X射线望远镜（ME，8-35 keV, 952 cm²）和低能X射线望远镜（LE，1-12 keV, 384 cm²），首次实现了1～250千电子伏特的能区覆盖，有利于从不同能段来观测和研究X射线天体的辐射机制。卫星的现任首席科学家张双南又创造性地添加了观测伽马暴的任务，使卫星的能量覆盖范围在原来的基础上又扩大了10倍，到3兆电子伏特。当然高能X射线探测器仍然是这颗卫星有效载荷的核心组成部分。

“慧眼”卫星带着独特的优势上天在轨运行5年，积累了丰富的科学数据，也产出了一系列的重大科学成果。比如2020年4月28日，地球上两台射电望远镜接收到了快速射电暴FRB200428的信号，就在此之前的8.6s“慧眼”卫星探测到了宇宙中最强磁场的中子星SGR J1935+2154产生的一次X射线爆发，并利用其独特的准直器设计，以远高于射电观测的精度定位了X射线暴与磁星SGR J1935+2154的位置一致，而8.6s的时间差正好与星际物质对射电信号的延时相当，确认了快速射电暴起源于磁星爆发，破解了快速射电暴起源之谜，该成果于2021年2月19日，在线发表于国际期刊 Nature Astronomy （自然·天文学）。快速射电暴来自磁星这一发现被英国《自然》和美国《科学》列入2020年十大科学突破。

“慧眼”卫星发现了距离黑洞最近的相对论喷流，该成果于2020年9月21日在线发表在《自然·天文学》上。

它开展了X射线脉冲星导航实验，定位精度达到10公里之内（3倍标准偏差），进一步验证了航天器利用脉冲星自主导航的可行性，为未来在深空的实际应用奠定了基础，相关论文于2019年8月21日在美国《天体物理杂志》（增刊）正式刊出。

“慧眼”卫星完整探测到了第24太阳活动周最大耀斑的高能辐射过程，为理解太阳高能辐射随时间演化提供新的观测结果，于2021年9月10日发表在美国《天体物理学》（The Astrophysical Journal）上。

目前，它已经在引力波伽马暴、快速射电暴、黑洞和中子星等方向都做出了重要的贡献，总共发表论文发表120多篇，论文被3500多篇文章引用。