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。”參與衛(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。“對于一個已知源，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。”
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?！毙l(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識引力波?！?/p>
他認為，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。”張雙南說。
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。“慧眼”升空后，將有很多機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。
