English     CAST內(nèi)部郵箱入口    

中國睜開“慧眼”洞見驚心動魄的宇宙

時間:2017年06月15日 信息來源:新華社 點擊:8085 字體:

6月15日,中國首顆X射線天文衛(wèi)星“慧眼”從酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心升空,它將揭示宇宙中驚心動魄的圖景:黑洞吞噬被撕裂的星星、脈沖星瘋狂旋轉(zhuǎn)、宇宙深處猛烈的爆炸……

據(jù)國防科工局消息,這顆衛(wèi)星全稱為硬X射線調(diào)制望遠鏡,由長征四號乙運載火箭送入550公里近地圓軌道。它將巡視銀河系中的X射線源,詳細研究黑洞和脈沖星,并監(jiān)測伽馬射線暴,探索利用脈沖星為航天器導(dǎo)航。

它被命名為“慧眼”,寓意中國在太空“獨具慧眼”,能穿過星際物質(zhì)的遮擋“看”宇宙中的X射線,也為紀(jì)念推動中國高能天體物理發(fā)展的已故科學(xué)家何澤慧。

科學(xué)家希望通過“慧眼”解開黑洞演化、中子星強磁場等劇烈天文過程中的種種謎團,研究極端引力條件下的廣義相對論和極端密度條件下的中子星物態(tài),以及極端磁場條件下的物理規(guī)律等基礎(chǔ)科學(xué)問題,這些是現(xiàn)代物理學(xué)有可能獲得突破的重要方向。

 

 空間科學(xué)之重器

“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(jù)中科院高能物理研究所研究員、衛(wèi)星有效載荷總設(shè)計師盧方軍介紹,這顆衛(wèi)星首次實現(xiàn)了1-250keV的能區(qū)全覆蓋,有利于從不同能段來觀測和研究X射線天體的輻射機制。

“慧眼”的探測面積很大,尤其是高能望遠鏡的探測面積超過了5000平方厘米,是國際上同能區(qū)探測器中面積最大的?!懊娣e越大,探測到的信號就會越多,就越有可能發(fā)現(xiàn)其他望遠鏡看不到的現(xiàn)象?!眳⑴c衛(wèi)星研制的科學(xué)家熊少林說。

“慧眼”的視場也很大,約兩天即可完成對銀道面的掃描,有利于監(jiān)測暫現(xiàn)源?!皩τ谝粋€已知源,當(dāng)然也有可能取得新發(fā)現(xiàn),但對于一個新的源,新發(fā)現(xiàn)的概率當(dāng)然會更大?!毙苌倭终f。

“慧眼”是建立在中國科學(xué)家李惕碚和吳枚提出的直接解調(diào)成像方法之上的準(zhǔn)直型望遠鏡,因此它還具有觀測亮源的優(yōu)勢。

據(jù)低能望遠鏡主任設(shè)計師陳勇介紹,X射線能量越低,光子數(shù)量就越多?!霸谟^測低能段亮源時,聚焦型望遠鏡會把所有X射線光子都聚到一點上,導(dǎo)致曝光過度,只能看到白茫茫一片;而我們的望遠鏡可以把光子分散開,看多亮的源,都不會晃瞎眼?!?/p>

特別值得一提的是,在“慧眼”首席科學(xué)家張雙南的建議下,在不增加和更改軟硬件的前提下,只要對探測器工作高壓做適當(dāng)調(diào)整,高能望遠鏡主探測器中原本用于屏蔽本底X射線光子的碘化銫晶體就可用來觀測伽馬射線暴了。這一創(chuàng)新設(shè)想將“慧眼”的觀測能區(qū)進一步推高到3MeV。

來自中國航天科技集團公司五院的衛(wèi)星副總設(shè)計師倪潤立說,根據(jù)這顆衛(wèi)星的科學(xué)目標(biāo),研制人員為它制定了巡天觀測、小天區(qū)觀測和定點觀測等多種工作模式。

研制人員還為中、低能探測器設(shè)計了一把“遮陽傘”?!案吣芴綔y器的溫度要在18攝氏度左右,而中、低能探測器的溫度卻可能低至-80攝氏度或-40攝氏度。這就好比一個人穿同一件衣服,卻要在南極和赤道都能生存下來?!陉杺恪褪菫榱藢崿F(xiàn)低溫工作環(huán)境。”衛(wèi)星熱控副主任設(shè)計師周宇鵬說。

  

活捉黑洞、脈沖星

由于“慧眼”有較大的視場,對銀河系巡天是它最重要的使命?!拔覀冾A(yù)期會發(fā)現(xiàn)一些新的黑洞和中子星?!睆堧p南說。

他說,盡管其他國家已發(fā)射的同類衛(wèi)星開展過巡天觀測,但絕大多數(shù)X射線源都是變源,會不定期發(fā)生劇烈的耀發(fā),不是一兩次巡天就能發(fā)現(xiàn)的,因此“慧眼”將反復(fù)開展巡天掃描,及時探測銀河系內(nèi)天體源的耀發(fā)。

“天上黑洞、中子星那么多,但是現(xiàn)在還沒有一個被徹底搞明白,所以會不斷有衛(wèi)星來觀測它們?!睆堧p南說。

神秘莫測的黑洞還隱藏著很多秘密?!昂诙茨墚a(chǎn)生X射線等各種輻射,還有可能產(chǎn)生高能宇宙線以及強烈的噴流。它們究竟在干什么?現(xiàn)在人類只有二三十個黑洞的樣本,能發(fā)現(xiàn)更多當(dāng)然好,對已發(fā)現(xiàn)的黑洞我們也希望研究得更清楚,找到黑洞只是開始?!睆堧p南說。

據(jù)他描述,黑洞有時很“冷靜”,有時很“暴躁”。當(dāng)它“發(fā)脾氣”時,產(chǎn)生的X射線流強特別高。國外的衛(wèi)星適合看“安靜”的黑洞,而“慧眼”特別適合看“暴躁”的黑洞和中子星。

“我們還不知道為什么有些黑洞‘發(fā)脾氣’,所以我們希望對銀河系的黑洞和中子星做比較詳細的普查?!睆堧p南說。

此外,“慧眼”還要給宇宙中詭異的中子星(脈沖星)“把把脈”?!拔覀冞€不清楚中子星的內(nèi)部是什么。它們具有超強的引力場、電磁場和核密度,可謂極端物理的天然實驗室。通過研究中子星的X射線,我們可以測量其表面的磁場強度,研究高密度、強磁場下物質(zhì)的性質(zhì)?!睆堧p南說。

 

 期待意外發(fā)現(xiàn)

人類已探測到幾次引力波,但科學(xué)家急切想找到與引力波相對應(yīng)的電磁波信號,這也是“慧眼”的一項重要使命。

熊少林說,目前引力波事件的定位精度還很差,如果在其發(fā)生的同時或者相近時間,在其相同位置發(fā)現(xiàn)電磁信號,聯(lián)合分析引力波信號和電磁信號會獲得更多關(guān)于爆發(fā)天體的信息。一些科學(xué)家懷疑伽馬射線暴很可能是引力波事件的電磁對應(yīng)體。

張雙南說:“已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的引力波還沒有一個找到電磁對應(yīng)體。如果只在一個波段觀測,往往信息是不完整的,所以我們非常希望看到引力波產(chǎn)生時也有X射線、伽馬射線或其他波段的信號,這些熟識的電磁波信號能幫助我們更好地認(rèn)識引力波?!?/p>

他認(rèn)為,尋找引力波電磁對應(yīng)體極為重要?!盎垩邸庇?00keV至3MeV能區(qū)面積最大的伽馬暴探測器,是目前國際上最好設(shè)備的10倍,預(yù)計一年可觀測到近200個伽馬暴,在今后引力波電磁對應(yīng)體的搜尋中有可能取得一錘定音的效果。

“如果能發(fā)現(xiàn)引力波的電磁對應(yīng)體,這將成為‘慧眼’最精彩的科學(xué)成果?!睆堧p南說。

“我們的望遠鏡會發(fā)現(xiàn)很多我們以前不知道的現(xiàn)象,甚至是全新的天體,我們對此非常期待。但它最終有什么樣的發(fā)現(xiàn),現(xiàn)在誰也不知道,天文研究中最有趣的發(fā)現(xiàn)都是意外的?!睆堧p南說。

 

 推動中國空間科學(xué)發(fā)展

這枚來之不易的太空望遠鏡凝聚了幾代科學(xué)家的智慧與心血,將帶動中國天文學(xué)研究整體發(fā)展,實現(xiàn)空間科學(xué)重大突破。

中科院院士顧逸東認(rèn)為,中國空間科學(xué)與國際先進水平相比還有較大差距,應(yīng)爭取經(jīng)過15至20年的努力,使中國空間科學(xué)進入世界先進行列。

歐空局科學(xué)理事會科學(xué)支持辦公室主任阿溫德·帕馬說,“慧眼”要通過X射線研究黑洞、中子星等,這些是全世界科學(xué)家都感興趣的題目?!盎垩邸鄙蘸螅瑢⒂泻芏鄼C會與歐空局的幾顆衛(wèi)星開展聯(lián)合觀測,這比一顆衛(wèi)星單獨觀測對科學(xué)研究更有好處。

“我對中國發(fā)展空間科學(xué)印象深刻,近兩年發(fā)射的暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星、量子衛(wèi)星以及未來的發(fā)射計劃都顯示出中國有能力并致力于發(fā)展科學(xué)?!迸榴R說。

意大利航天局資深科學(xué)家保羅·焦米說,中國未來的空間科學(xué)衛(wèi)星將更為復(fù)雜,更具有競爭力,這些衛(wèi)星與地面科學(xué)設(shè)施必定使中國成為空間科學(xué)知識的重要生產(chǎn)者。




關(guān)于本院 | 聯(lián)系我們 | 招聘信息
地址:北京市海淀區(qū)航天城 網(wǎng)站建設(shè):北京空間科技信息研究所
Copyright © 2000-2024 gpcnw.cn All Rights Reserved 中國空間技術(shù)研究院版權(quán)所有
京ICP備20011260號-1