作者:倪思洁 邵琦 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2018/1/9 15:32:22
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“慧眼”:把宇宙看得清楚明白真切

 

2018年前夜,国家主席习近平发表新年贺词时表示:“科技创新、重大工程建设捷报频传。‘慧眼’卫星遨游太空……”

听到这句话,“慧眼”项目首席科学家张双南心中为之一振:“习总书记这么重视科学,让我们很受鼓舞,也让我们倍感责任重大。我们将努力奋斗,尽快用好的科学成果回报国家的支持。”

2017年6月15日,我国首颗X射线天文卫星“慧眼”在万众瞩目中升空。张双南向《中国科学报》记者透露,半年以来,“慧眼”已经发现了几十个伽马射线暴,在中子星、黑洞观测方面取得了初步成果,并在银河系扫描方面取得了关键结果。

廿载奔波 终成正果

“慧眼”全称“硬X射线调制望远镜卫星”(HXMT)。它的出现,填补了我国空间X射线天文卫星探测的空白。

“硬X射线”是X射线的一种。在医院拍摄透视片,或在公共场合接受安全检查时,人们都会直接接触到X射线。根据波长,它又分为“硬”和“软”两类,波长较短、能量较高的被称为“硬X射线”,波长较长、能量较低的被称为“软X射线”。

X射线是外太空的“常客”。脉冲星、伽马射线暴、超新星遗迹、黑洞等都会发出X射线,包括硬X射线。但是,由于X射线穿越地球大气层时会严重衰减,通过望远镜卫星在空间轨道捕捉X射线,特别是硬X射线,就成为各国科学家竞相追逐的目标。

1999年,美国发射了钱德拉X射线天文台,欧洲发射了XMM—牛顿卫星,成为世界X射线天文学时代开启的标志性事件。那时,中国的硬X射线卫星尚属空白,可中国科学家早已酝酿了一个雄心勃勃的空间科学计划。

1994年,中国科学院院士、高能所研究员李惕碚提出基于直接解调方法的硬X射线调制望远镜的设想,目标是完成人类首次硬X射线成像巡天,发现大批黑洞,深入研究中子星和黑洞强引力场中的动力学和高能辐射过程。

“我总想做一点新的东西,特别是做出跟西方主流不一样的东西,尤其是在长期的争论之后,最后证明我对了,这是特别让人愉快的事情。”李惕碚曾如是说。

经过近20年的奔走呼吁,2011年3月,硬X射线调制望远镜卫星工程由国防科工局与财政部共同批复立项,用户单位为中科院,中科院将该工程纳入空间先导专项计划。

随着2017年6月15日“慧眼”的升空,中国一大批科学家的天文梦想有了实现的平台。

分秒必争 视野无涯

“慧眼”的研制,最终达到了李惕碚最初的理想——做“新的东西”、“跟西方主流不一样的东西”。

2017年6月16日,就在“慧眼”发射升空后的24小时,地面工作人员收到了它传送回来的第一批数据,数据量超过2GB。经验证,数据质量良好。

从这时起,直到“慧眼”寿命的最后一刻,工作人员都将能从“慧眼”那里收到源源不断的数据,因为“慧眼”具有复杂的热控保障、对地测控与数传保障以及载荷长期工作下的能源保障能力,可以全天时接收来自宇宙的“讯息”。

“慧眼”不仅看得勤,还看得清。争分夺秒,不眠不休,为的就是把那宇宙“看得清清楚楚、明明白白、真真切切”。

与国外已经发射的只能看到软X射线的先遣卫星相比,“‘慧眼’是世界上探测能区覆盖范围最广的天文望远镜之一,可以进行很宽谱段的X射线和伽马射线观测。”张双南说。

总重量2.5吨的“慧眼”装载着高能、中能、低能X射线望远镜和空间环境监测器,可观测1keV至250keV能量范围的X射线和监测200keV至3MeV能量范围的伽马射线。这一特点让“慧眼”不仅可以将宇宙事件从发生、发展到结束的全过程尽收眼底,还能看清楚这些景象出现时的时变过程,相比国际上同类卫星,有更高的时间分辨率。

同时,“慧眼”采用直接解调成像的方法,通过扫描观测,完成宽波段、高灵敏度、高分辨率的空间X射线成像。

张双南介绍,“慧眼”主要工作模式包括巡天观测、定点观测、小天区扫描模式和伽马射线全天监测。

如今,“慧眼”正在对银道面进行巡天观测,发现新的高能变源和已知高能天体的新活动;通过观测和分析黑洞、中子星等高能天体的光变和能谱性质,加深对致密天体和黑洞强引力场中动力学和高能辐射过程的认识;在硬X射线/软伽马射线能区获得伽马射线暴及其它爆发现象的能谱和时变观测数据,研究宇宙深处大质量恒星死亡以及中子星并合等导致的黑洞的形成过程;探索利用X射线脉冲星进行航天器自主导航的技术和原理并开展在轨实验。

“慧眼”观天 首战告捷

2017年10月16日,一条与引力波有关的消息再次轰动了全世界。

美国国家科学基金会宣布,激光干涉引力波天文台(LIGO)和室女座引力波天文台(Virgo)于2017年8月17日首次发现双中子星并合引力波事件,国际引力波电磁对应体观测联盟发现了该引力波事件的电磁对应体。这其中,有“慧眼”的功劳。

“大自然往往超乎我们的预料。”中科院高能所副研究员熊少林告诉记者,“‘慧眼’发射之后一直在进行调试,刚调试两个多月就参与了这个大发现,是比较幸运的。我们的望远镜刚准备好,就出现了一个离我们特别近的事件。”

2017年8月17日,“慧眼”在天上运行仅两个月,这次“意外”的引力波事件就把它再次推上了世界天文学的舞台。

尽管没有直接探测到该引力波事件的伽马射线爆发,鉴于“慧眼”观测限制的重要性,慧眼不仅以合作组形式加入了报告本次历史性发现的论文,在论文的正文部分报告了观测结果;而且,“慧眼”的详细分析结果还以独立论文的形式于10月16日以封面文章同步发表在《中国科学:物理学力学天文学》杂志英文版。

“2017年11月,‘慧眼’完成了在轨测试,现在卫星已经处于常规科学观测模式,并开始执行根据用户提出的观测计划。”张双南告诉记者,今年1月8日到10日,中国科学院高能物理研究所召开了第一届“慧眼”用户大会,包括来自包括台湾和香港在内的中国三十多个高校和科研单位的一百五十多位学者齐聚一堂,共同商讨了“慧眼”卫星科学研究工作并且进行了用户培训,以期让“慧眼”的科学能力得到更充分的发挥。

 
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