“慧眼”卫星运行4年 取得系列重大科学成果

  张开“慧眼”看宇宙(为这些科技突破点赞①)

  在以习近平同志为核心的党中央坚强领导下,在全国科技界和社会各界共同努力下,我国科技实力正在从量的积累迈向质的飞跃、从点的突破迈向系统能力提升,科技创新取得新的历史性成就。基础研究和原始创新取得重要进展,战略高技术领域取得新跨越,高端产业取得新突破……一系列重大成果彰显我国自主创新事业大有可为,科技自立自强成就非凡。

  本版今起推出“为这些科技突破点赞”系列报道,和读者一道近距离了解近年来我国科技重大成果,见证中国迈向高水平科技自立自强的生动实践。

  ——编 者

  认证磁星为宇宙神秘天文现象快速射电暴的一种起源;首次观测到黑洞双星爆发过程全景;完整探测到第24太阳活动周最大耀斑的高能辐射过程……今年以来,中国“慧眼”卫星的研究成果,频频在国际天文学界引起轰动。

  好成绩的背后是“硬实力”。“慧眼”卫星全称“慧眼”硬X射线调制望远镜,是我国第一颗空间X射线天文卫星。与国外同类卫星相比,它具有覆盖能段宽、在高能X射线能段的有效面积大、时间分辨率高、有效工作时间占比高等优点。正因如此,在4年运行期间,“慧眼”卫星精准捕捉到宇宙中众多精彩瞬间和神秘现象,帮助人类更加深入了解宇宙奥秘。

  通过望远镜卫星在空间轨道捕捉X射线,成为各国科学家竞相追逐的目标

  X射线,对人们来说并不陌生。在医院拍摄透视片,或在公共场合接受安全检查时,我们通常都会直接接触到X射线。波长0.1至10纳米的X射线称为软X射线,其能量相对较低;波长在0.01至0.1纳米之间的X射线称为硬X射线,其能量相对较高,穿透性也较强。

  宇宙中很多极端天体物理过程都会产生并发射强烈X射线。中科院高能物理研究所粒子天体物理中心主任、“慧眼”卫星首席科学家张双南说:“比如,中子星和黑洞吸积物质的过程,超新星爆发和伽马射线暴的激波和喷流,还有高能带电粒子在磁场中的辐射以及和低能光子的作用、中子星的表面等,也会产生丰富的X射线。”

  由于宇宙中许多天体都辐射X射线,因此探测宇宙中的X射线对探索宇宙奥秘具有重要意义。

  “各种天体的性质和特点不同,它们所辐射的X射线也不同。人类可以利用这一特性,通过观测这些天体发出的X射线,来分析它们的类型和特征,从而更详细地了解宇宙。”张双南说。

  然而,X射线极易被介质吸收,穿越地球大气层时会严重衰减,在地面上根本无法对其进行观测。因此,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射线卫星研制尚属空白。但中国科学家们在此领域的探索和研究一直在进行。

  对于硬X射线,国际上的普遍办法之一是采用准直型望远镜对其进行探测。但是,准直型望远镜的缺点在于它会损失很多探测光子的信息,从而导致探测结果对有些研究的精度较低。早在1993年,中国科学院院士、中科院高能物理研究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。

  张双南说:“当时,李院士原创性地提出了用非线性数学手段,直接对探测器阵列的扫描数据进行求解成像,这一直接解调法能够使非成像探测器实现成像。”

  2011年3月,硬X射线调制望远镜卫星工程通过国家批复,正式立项。

  “慧眼”卫星不仅“看”得勤,还“看”得清,可以全天时接收来自宇宙的“讯息”

  2017年6月15日,我国首颗X射线天文卫星“慧眼”在酒泉卫星发射中心顺利发射升空。在卫星升空24小时后,地面工作人员就收到了它传送回来的首批数据,经验证,数据质量良好。

  “慧眼”卫星能够如此迅速而高效展开科学观测工作,与它的独特设计密不可分。“慧眼”卫星的设计寿命是4年,质量2496千克。本体呈立方体构型,由服务舱、载荷舱、太阳翼等构成,主要工作模式包括巡天观测、定点观测和小天区扫描模式。

  因为“慧眼”卫星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”卫星不仅“看”得勤,还“看”得清。

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