“慧眼”:把宇宙看个真切

2018年01月11日 10:48:39
来源: 中国科学报 作者: 倪思洁 邵琦

  我国首颗X射线天文卫星“慧眼”发射升空。

  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。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,中科院院士、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。”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

  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信息。

  “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,等等。

  “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,科学家于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。

  这次引力波事件把“慧眼”再次推上了世界天文学的舞台。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,很幸运。”

  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》杂志英文版上。

  “‘慧眼’完成在轨测试后,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需求制定的观测计划。”张双南告诉记者。今年1月8日到10日,中科院高能物理研究所召开了第一届“慧眼”用户大会,包括来自台湾和香港的中国30多个高校和科研单位的150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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网站编辑 - 孙思清