中國版“宇宙星探”緣何“高能”

具有洞穿宇宙奧秘能力的“宇宙星探”——“慧眼”升空，由此，我國天文觀測實現(xiàn)了由地面觀測到天地聯(lián)合觀測的跨越。

“慧眼”衛(wèi)星搭載載荷重量981千克，占衛(wèi)星總重的將近一半。如此強大的裝備，能將1keV～250keV能量范圍的X射線（基本覆蓋整個X射線譜段）悉數(shù)收入眼底。而它能做的還不止這些。

“我們還給探測器增加了一個能力，將本來用于屏蔽背景信號的探測器能區(qū)擴展到了3Mev，因而衛(wèi)星的實際有效范圍從1keV到3MeV?！薄盎垩邸毙l(wèi)星首席科學(xué)家、中科院高能物理所研究員張雙南介紹稱，這意味著“慧眼”具備了伽馬射線暴的觀測能力，也成為國際上能量覆蓋范圍最廣的天文望遠鏡之一。

由于不同天體有不同活動性，對天體研究的階段也各不相同?！八闹饕ぷ髂Ｊ桨ㄑ蔡煊^測、定點觀測和小天區(qū)掃描模式，可實現(xiàn)寬波段、大視場、大有效面積的空間觀測?！眹揽乒ぞ窒到y(tǒng)工程司副司長趙堅說。

正因為“慧眼”覆蓋的能段范圍很廣、工作模式多樣，所以張雙南將它稱為我國真正意義上第一個空間天文望遠鏡、第一個空間天文臺。

獨到之處 激烈競爭中凸顯優(yōu)勢

“人類知道的第一個黑洞，就是通過X射線天文望遠鏡發(fā)現(xiàn)的?！睆堧p南介紹，幾乎所有天體都產(chǎn)生X射線，而且有些天體的活動只產(chǎn)生X射線或以產(chǎn)生X射線為主。因而，國際科學(xué)界在這一領(lǐng)域的競爭非常激烈。

目前已有7臺能夠開展X射線觀測的空間設(shè)備在運行，包括美國航天局的核分光望遠鏡陣、歐洲空間局的XMM牛頓望遠鏡（XMM-Newton）等。

在這個領(lǐng)域，很多國家仍在加速布局。當(dāng)“慧眼”運行時，包括我國天宮二號上搭載的伽馬射線暴探測器“天極”望遠鏡（POLAR）“小蜜蜂”在內(nèi)，天空中將有10臺左右的相關(guān)設(shè)備。

“空間科學(xué)的研究從來不會重復(fù)放望遠鏡，功能相近的望遠鏡幾乎都沒有發(fā)射過。”張雙南說。

以“慧眼”和“小蜜蜂”為例，兩者都具備伽馬射線暴的觀測能力，卻在觀測能段、功能方面有很大的不同。張雙南解釋稱，“慧眼”每年能夠觀測到的伽馬射線暴數(shù)量比“小蜜蜂”至少要多一倍，同時，“慧眼”旨在測伽馬射線暴能譜，而“小蜜蜂”則是測伽馬射線暴的偏振。因而，他說發(fā)射一臺新的天文望遠鏡，它一定有某些過人之處。

衛(wèi)星工程總師馬世俊強調(diào)了衛(wèi)星具備在200keV～3MeV的全天監(jiān)測能力。在200keV～3MeV能區(qū)，“慧眼”監(jiān)測伽馬射線暴的有效觀測面積，比以往的設(shè)備提高了10倍左右。這也使得“慧眼”在搜尋引力波電磁對應(yīng)體方面表現(xiàn)出了強勁的國際競爭力。

天地聯(lián)合 進入天文學(xué)主戰(zhàn)場

專家介紹，高能天體周圍的引力場很強，強到科學(xué)家無法在地球?qū)嶒炇覂?nèi)實現(xiàn)，而科學(xué)研究要理解科學(xué)規(guī)律卻離不開實驗。

通過觀測黑洞、中子星等天體附近物質(zhì)變化產(chǎn)生的X射線，便可以對如廣義相對論的預(yù)言、強磁場環(huán)境中的科學(xué)規(guī)律等進行檢驗。可以說，空間科學(xué)就是科學(xué)家以天體為實驗室研究科學(xué)規(guī)律的一門學(xué)科。

這一學(xué)科又以新的天文發(fā)現(xiàn)為驅(qū)動，對儀器有很強的依賴性。而由于X射線無法穿透稠密的地球大氣，地面望遠鏡無法實現(xiàn)有效觀測，發(fā)射X射線天文衛(wèi)星便成為觀測天體X射線輻射的主流手段。這也是“慧眼”升空的原因所在。

“它的觀測目標范圍非常廣，可以和地面可見光望遠鏡、射電望遠鏡聯(lián)合起來，實現(xiàn)國內(nèi)第一次天地一體化的天文觀測，這也是我國天文觀測能力的跨越式發(fā)展?！睆堧p南說。

這顆衛(wèi)星發(fā)射升空后，為我國在國際競爭最激烈的領(lǐng)域占據(jù)了一席之地。但張雙南強調(diào)，我們只是進入了這一天文學(xué)競爭的主戰(zhàn)場而已，仍然只處在起步階段。

依托航天 空間科學(xué)未來可期

航天技術(shù)的發(fā)展，使我國具備了較強的運載能力、衛(wèi)星研制能力，為空間科學(xué)的進步奠定了堅實的基礎(chǔ)。

以“慧眼”為例，衛(wèi)星系統(tǒng)總指揮潘騰說，不同能段的探測器工作溫度不同，如高能探測器工作溫度要求為20攝氏度左右，而低能探測器工作溫度要求為零下七八十?dāng)z氏度。

除了溫度控制之外，“慧眼”的指向也與以往對地通訊衛(wèi)星不同，“這顆衛(wèi)星要求可能對天上的任何一個方向”，潘騰說，一方面要求精確，同時還要機動，這對衛(wèi)星研制提出了很高的要求。

航天技術(shù)的發(fā)展在空間科學(xué)高靈敏度、高指向精度、精確控溫等要求下不斷進步，空間科學(xué)也在航天技術(shù)的支持下將科學(xué)思想轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實產(chǎn)品。兩者的有機互動，令未來我國在空間科學(xué)的發(fā)展值得期待。

據(jù)硬X射線調(diào)制衛(wèi)星系統(tǒng)載荷分系統(tǒng)專家宋黎明介紹，中科院高能所2007年即提出X射線時變與偏振探測衛(wèi)星（簡稱XTP）項目，作為HXMT的后續(xù)任務(wù)，以實現(xiàn)從具有特色的小型空間天文臺到國際領(lǐng)先的大型空間天文臺的戰(zhàn)略突破。

宋黎明表示，XTP在背景型號研究中，吸引了來自歐洲科研團隊的集體加入，形成了增強型XTP項目概念——eXTP。

“由于綜合了大面積X射線聚焦望遠鏡陣列、大面積準直型望遠鏡陣列、高靈敏度X射線偏振望遠鏡的綜合能力，在黑洞、中子星以及若干基礎(chǔ)物理學(xué)理論的研究等方面，eXTP相比于之前的衛(wèi)星，綜合性能將有一個數(shù)量級的提高。”宋黎明說。而這無疑會讓中國空間科學(xué)的發(fā)展更加令人期待。王佳雯