作者:张晴丹 来源:中国科学报 发布时间:2024/6/25 18:17:56
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20年磨一剑,中法联手探秘宇宙伽马暴

 

6月22日,我国在西昌卫星发射中心用长征二号丙运载火箭成功发射中法天文卫星。该卫星是中法两国联合论证研制的空间科学卫星,是迄今为止全球对伽马暴开展多波段综合观测能力最强的卫星,将对伽马暴研究等空间天文领域科学发现发挥重要作用。

从启动论证到成功发射用了20余年,中法两国团队倾尽心血、携手并进。今年正值中法建交60周年,此次中法天文卫星项目的成功实施是中法航天领域深度合作的卓越典范。

捕捉伽马暴的一张“大网”

中法天文卫星的主要科学目标是探测来自宇宙深处的伽马暴。

“当恒星的生命快要终结时,它的能量已经不能支撑整个星体,会发生坍缩,这个过程会产生黑洞或中子星,同时向外喷射出剧烈的、接近光速的喷流,这种能量爆发现象便是伽马暴。”中法天文卫星中方首席科学家、中国科学院国家天文台首席研究员魏建彦告诉《中国科学报》。

伽马暴是目前已知的宇宙中除了宇宙大爆炸以外的最剧烈的爆发现象,涉及从恒星、星系到宇宙学等天体物理学中的多个领域,并与这些领域中的多个天体物理问题直接相关。伽马暴也与很多物理学的前沿问题有关。魏建彦认为,对伽马暴进行深入地观测和研究,把它作为一个“探针”,将有助于帮助人类解决基础科学中的若干重大问题。

不过,伽马暴发生的时间非常短,而且没有规律,要想捕捉它极为困难。

此次发射的中法天文卫星配置了由中国科学院研制的伽马射线监视器、光学望远镜和法方研制的硬X射线相机、软X射线望远镜4台科学载荷,目的就是为了又快又准地捕捉伽马暴。

载荷分为大视场和高精度观测两类,其中大视场探测仪器,伽马射线监视器和硬X射线相机,它们的观测视野范围角度面积在1万平方度左右,相当于覆盖全天的四分之一,就像张开一张“大网”,可以捕捉天空中无法预测的伽马暴。一旦发现伽马暴后,卫星会自动转向目标,利用两个小视场望远镜,光学望远镜和软X射线望远镜,对准开展长时间的高精度观测。

通过科学载荷的联动探测,能发现和快速定位各种类型的伽马暴,全面测量伽马暴的电磁辐射性质,科学家便可利用伽马暴研究宇宙的演化和暗能量,快速后随观测引力波等天文暂现源,从而了解伽马暴现象的起源和物理性质及其在宇宙学中的应用等。

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整星集成测试     中国科学院微小卫星创新研究院供图


中法天文卫星在轨运行示意图     中国科学院微小卫星创新研究院供图

“我们预计,中法天文卫星未来每年将观测到大约70次伽马暴,但并非所有这些伽马暴都来源于宇宙早期,即便如此也具有重要的价值和意义。因为伽马暴非常明亮,观测和研究伽马暴是这个时代解密早期宇宙的一个非常有效的途径。”中法天文卫星法方首席科学家贝特朗·科迪尔(Bertrand Cordier)告诉《中国科学报》。

合二为一,中法友谊的又一见证

中法天文卫星自2005年启动论证。2006年10月,中法两国签署了《中国国家航天局与法国国家空间研究中心关于合作实施中法天文卫星的谅解备忘录》,确定了中法天文卫星任务的科学目标、研究内容、合作方式、双方的权利和义务、时间进度等。2014年,两国又完成了新一轮谅解备忘录修订、签署,明确了后续研制进度。

该卫星历经20余年共同努力,包含了两国几代领导人的关怀和期望。两国科学家和工程团队倾注心血与努力,携手完成了卫星概念研究、可行性论证、方案设计、初样和正样阶段的研制工作。

国家航天局负责中法天文卫星工程组织实施。中国科学院作为工程大总体抓总研制,中国科学院国家空间科学中心负责中方地面支撑系统的建设,微小卫星创新研究院负责抓总研制卫星系统及提供卫星平台,高能物理研究所、西安光学精密机械研究所负责中方科学载荷研制,国家天文台负责中方科学应用系统研制建设。法方载荷,科学应用系统由法国国家空间研究中心(CNES),法国原子能和替代委员会(CEA),法国国家科学研究中心(CNRS)等机构负责建设和运行,德国、英国的研究机构也有参与。

“中法两国分别有百余人参与,这是一次从科学到工程、科学仪器、地面系统等全方位的国际合作。在我参与的国际合作项目中,中法天文卫星是最深度、最复杂的国际合作项目,包括时间跨度、人员人数、合作程度都是前所未有的。”中法天文卫星中方项目经理、中国科学院微小卫星创新研究院副院长、科学卫星研究所所长张永合在接收《中国科学报》采访时说。

“这些年,中国的科研水平发展迅速,我们有目共睹。事实上,中国在研发卫星系统、运载火箭系统、地面支撑系统等方面已经达到了非常高的水平,在某些方面比我们更出色。在合作过程中,我们确实遇到了很多挑战,也经历过非常艰难的时刻,但双方都尽力互帮互助。经过20余年的沟通和磨合,我们已经从最初的两个团队完全融合成为一个队伍。”科迪尔表示。

今年是中法建交60周年,60年来,中法两国在航天领域开展了务实合作,2018年中法联合研制的中法海洋卫星成功发射,2024年嫦娥六号探测器搭载法国氡气探测仪着陆月球背面,此次中法天文卫星的成功发射是中法两国在航天领域的又一重大合作成果,见证了中法两国深厚的友谊。

 

 

 
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