6月15日11時，中國首顆空間望遠鏡衛星——硬X射線調制望遠鏡衛星“慧眼”，搭乘長征四號乙運載火箭，在酒泉成功發射升空。它是世界上覆蓋能量范圍最廣的望遠鏡衛星之一，將肩負起高精度探測宇宙中黑洞和中子星的使命。

事實上，“慧眼”原本是中國計劃中的第一顆天文衛星，也是計劃中世界上第一顆硬X射線望遠鏡衛星，卻因為長達20多年的論證和經費籌措過程，升空時間一再推遲，落在了“晚輩”暗物質衛星“悟空”的后面。

如今，國際上在軌運行的X射線天文衛星共有7顆，研究成果累累，美國于2012年發射的硬X射線望遠鏡NuStar更是揭開了不少關于黑洞的謎團。“遲到”的“慧眼”，將與這些同行們競爭兼合作，努力在黑洞、中子星和伽馬射線暴方面做出新的發現。

硬X射線賦予“慧眼”，可助力引力波研究

X射線起源于天體上的高能物理過程，與高溫、高密度、強磁場、強引力場等極端物理條件相關，是研究黑洞、中子星等天體性質的主要手段。地球大氣會吸收X射線，所以對天體的X 射線觀測只能在地球大氣之上進行。人類發現的第一個黑洞，天鵝座X-1，就是通過X射線探測到的。而X射線中波長較短、能量較強的頻段，就是硬X射線。

1970年，美國發射了第一顆X射線天文衛星——“自由號”（Uhuru），打開了X 射線巡天的大門。

從1999 年開始，不同國家紛紛派遣X射線空間望遠鏡作為“宇宙觀察員”，大大拓寬了人類在宇宙中的視野。如1999 年美國的“錢德拉”望遠鏡、歐空局的XMM-牛頓衛星、2005 年日本發射的“天體-E2”衛星和2013 年入軌的美國NuSTAR衛星等。

硬X射線調制望遠鏡衛星首席科學家、中國科學院高能物理研究所研究員張雙南預期，與這些國際上的同行相比，“慧眼”主要可能做出以下幾個方面的新工作：

一是對銀河系巡天的工作，“對有些源要進行監測性觀測，也就是要反復地看，看它有沒有變化”，可能會發現一批以黑洞和中子星為主的新的天體源。

二是會對一批比較亮的中子星和黑洞做定點的觀測，“一次看很長時間，積累足夠統計意義的數據”，有可能對于中子星和黑洞的性質，如中子星的磁場、質量，黑洞的質量、自轉等，給出新的測量結果，了解他們為什么有各種各樣的活動性。

三是每年可能會發現幾十個到上百個伽馬射線暴，如果其中的一些事例和引力波的事例存在聯系，那將是很重要的進展。“比如說別人看到了新的天體，或者我們的銀河系巡天當中發現了新的東西，這個時候我們就會中斷常規任務，去對這些目標進行比較詳細的觀測。”張雙南說。

“由中國開拓硬X射線巡天的機會正在迅速喪失”

其實，在20多年前，中科院院士、高能天體物理學家李惕碚就解決了“慧眼”的一項重要技術問題，這臺計劃中的望遠鏡也一度承載著作為“中國哈勃”的期望。然而，他一等就是20多年，直到退休也未能見到衛星升空。

這個重要技術問題，就是硬X射線成像技術。自1970年發射軟X射線望遠鏡衛星“自由號”后，美國國家航空航天局NASA就把硬X射線巡天列為重要任務。不過，美國長期未能突破技術復雜、造價昂貴的瓶頸。

李惕碚和同事在1992年提出了一種新的成像技術——直接解調方法，即應用非線性的數學手段，直接解原始的測量方程實現反演成像。該方法可以使用便宜的儀器，得出更高的圖像分辨率。

1993年，基于這種“物美價廉”成像技術的非位置靈敏硬X射線探測器，通過高空氣球對黑洞候選體天鵝座X-1進行掃描觀測，獲得了比美國同行好得多的結果。

因此，高能物理所和國家天文臺建議將“空間硬X射線調制望遠鏡（HXMT）”項目納入“九五”重大科學工程。然而，新的技術需要經過長時間的論證，該項目在國內遭到反復的質疑，直到李惕碚團隊借助國外的衛星數據取得一系列發現。

2005年，HXMT終于入選“十一五”科學規劃，準備作為中國第一顆天文衛星發射升空。此時，HXMT的兩個競爭者，使用傳統成像技術的歐洲INTEGRAL望遠鏡和美國SWIFT望遠鏡已分別于2002年和2004年成功發射。在這之后，HXMT還經歷了重新論證、評審的風波。

2007年3月，中國發布《“十一五”空間科學發展規劃》，提出“自主研制硬X射線調制望遠鏡，計劃2010年發射上天，實現我國空間天文衛星零的突破，在黑洞物理研究等領域取得突破”，在國際上引發了極大反響。同年10月，國務院批準《航天發展“十一五”規劃》，要求“優先支持面向重大科學問題的自主創新項目，研制硬X射線望遠鏡”。

通過了技術論證，HXMT卻又卡在了經費這里。經原國防科工委委托中國國際工程咨詢公司評估，HXMT工程需要人民幣10億元。“10個億的經費，財政部只承擔8個億，剩下2億要我們自籌”,李惕碚曾于2009年告訴媒體。當時，他們從“973”項目、“十一五”項目、中科院、清華拿到的經費，加上清華的借款，尚不足8000萬元。在經費問題難以解決的情況下，HXMT的立項日程一再延后。

“聽說經費問題在財政部、國防科工局和中科院之間扯皮。”李惕碚當時說道。

“硬X射線是有待人類巡天開拓的最后一個電磁波段，由中國開拓硬X射線巡天的機會正在迅速喪失。” 李惕碚心急如焚。“就好像是已經叫起跑了，卻又硬生生拉扯著強迫我們停了下來，這樣子還叫我們怎么去爭第一？”他說道。

李惕碚的焦慮是可以理解的。就在2007年中國公布HXMT后，NASA在同一年宣布，使用更先進成像技術的NuSTAR望遠鏡立項。

美國NuSTAR望遠鏡。

NuSTAR在2012年6月發射成功。通過對高能X射線北京的解析，NuSTAR幫助科學家們定位黑洞的分布。就在不久前，NuSTAR還捕捉到了仙女座一顆亮度驚人的脈沖星。

不斷增加的難度籌碼

2011年，HXMT項目正式立項。如今的“慧眼”，重約2.5噸，載荷重量981公斤，其上同時安裝了高、中、低能三組X射線望遠鏡，實際上是一座小型空間天文臺。

據中科院高能物理研究所研究員、衛星有效載荷總設計師盧方軍介紹，這顆衛星首次實現了1－250keV的能區全覆蓋。

和應用衛星不同，空間探測衛星要做就要爭取做得最先進，才能占據科學高點。當時間不斷流逝，科學家們（只能）選擇不斷增加籌碼，升級技術，力圖打造“最完美”的“慧眼”。畢竟，這是二十多年才爭取到的一次機會。

天上的“慧眼”終于“上崗”，攜手地上的“晚輩”們LAMOST（大天區面積多目標光纖光譜天文望遠鏡）和貴州“大鍋”FAST（500米口徑球面射電望遠鏡），共同搭建起了中國空間探測的全新時代。

國際上那些“難產”的天文望遠鏡，美JWST成 “跳票之王”

“慧眼”不是第一臺“難產”的天文望遠鏡，也絕非最后一臺。美國天文物理下一個“希望之星”詹姆斯·韋伯空間望遠鏡（JWST）就勘稱 “跳票之王”。自1989年提出哈勃望遠鏡繼任者的概念以來，JWST的設計功能不斷疊加，牽涉多來越多的機構，經費一路直飆到88億美元，光前期設計經費就突破20億美元，幾乎吃光了這20多年來NASA的家底。如今，在軌27年的哈勃望遠鏡早已超期服役，而JWST仍在最后的測試階段。

如果一切順利，JWST將于2018年下半年發射升空，回溯哈勃視線難及的“宇宙黎明”： 宇宙大爆炸后5億年到10億年間，星系開始形成的歷史時期。

“跳票之王”詹姆斯·韋伯空間望遠鏡（JWST）

而就在此時此刻，國際天文學界還在為另一臺“難產”的天文望遠鏡頭疼。中國、美國、加拿大、印度和日本計劃在夏威夷的莫納克亞山頂峰聯合打造一臺史無前例的超大光學望遠鏡“三十米望遠鏡”（TMT）。這個簡單粗暴的名字，點出了這臺望遠鏡一目了然的優點：口徑大，直接從現在的10米級別跳到了30米級別。鏡面越大，可以收集的光子數就越多，三十米望遠鏡的集光能力將是哈勃的10倍。然而，莫納克亞山頂峰是當地傳說中的“神山”，項目未開工就遭到了土著居民的抗議，陷入僵局。

雖然這些“難產”項目耽擱掉的時間，對于浩瀚的宇宙來說或許不值一提，但對于為這些項目傾注心血的科學家來說，卻十分寶貴。

“1965年日本學者小田率先提出一種定位太空中X射線源的方法，次年便將探測器發射上天，測得了第一個宇宙X射線源的位置；于是NASA立即認識到它的重要意義，4年后便將第一顆天文衛星Uhuru送入太空，實現了X射線巡天的開拓。”2009年，李惕碚在接受采訪時，曾再一次講到這個他重復了無數遍的例子。