空間X射線天文衛星的“自白”

文_白國龍 全曉書

空間X射線天文衛星的“自白”

文_白國龍 全曉書

“慧眼”看宇宙 翟桂溪/制圖

宇宙深處的黑洞你好，我是“慧眼”，一顆來自中國的空間X射線天文衛星。6月15日我首次進入太空，飛行在距地550公里圓形軌道上，專門為你而來。

飛行正常后，我身上的科學儀器將“技能全開”，“掃描”銀河系、監視恒星爆發、測量黑洞質量等科學探索任務都將展開。中國科技人員用六年多時間將我鍛造成聰明好用的“宇宙星探”，希望能探尋星空的奧秘。科學家視我為“X射線天文學發展史上的一座里程碑”。有了我，中國的空間科學探索值得期待。

巡天有我 為黑洞而生

我為宇宙深處的黑洞而生，專業名稱叫“硬X射線調制望遠鏡衛星”，我與硬X射線以及黑洞的關系還得從頭說起。

從1964年美國探空火箭所攜帶的探測器發現的第一個黑洞——天鵝座X1，到2014年美國科幻大片《星際穿越》描繪了黑洞的模樣，人類對你這個吞噬一切的神秘天體的探尋和想象從未停止。

但50多年過去了，人類對黑洞的了解仍在初始階段。今天的科學家已經知道，當物體被黑洞或者中子星等致密天體的引力捕獲后，會以螺旋運動掉向中心天體，速度越來越快，溫度越來越高，最后會發出強烈的比一般X射線能量還高的硬X射線。

換句話說，探測宇宙中的硬X射線對人類了解黑洞等致密天體的活動，揭示宇宙奧秘非常重要。但硬X射線不能穿透地球大氣層，因此，探測黑洞等天體發出的硬X射線的重任就落在我的肩頭。

在未來四年多的時間里，我身上的高能、中能、低能X射線望遠鏡和空間環境監測器等科學儀器能幫我將以我為圓心的全宇宙360度的范圍納入視野之內。

我可以“掃視”：對銀河系進行大天區巡天和掃描，發現新的高能天體；也可以“凝視”：對幾十個經典的X射線源進行長時間的定點觀測，測量一批黑洞的質量和自傳參數，以及中子星表面的磁場強度、質量和半徑，為甄別黑洞形成和中子星內部性質的理論模型提供依據。

我還可以“守株待兔”。首席科學家張雙南說：“‘慧眼’的伽馬射線暴工作模式，能獲取新的伽馬射線暴及其他劇烈爆發現象，這些將幫助人類進一步理解高能劇烈爆發天體的基本屬性，研究宇宙深處大質量恒星的死亡以及中子星并合等過程中的黑洞形成。”

雖然只是空間天文望遠鏡俱樂部里的“新人”，但我在能量覆蓋范圍、探測面積和能量分辨率等方面具有明顯的綜合優勢，很多技能達到世界先進水平。我的首席科學家張雙南相信，未來，依靠我的努力，中國可以發現一批以中子星、黑洞為主的新的天體源，而且每年都能發現幾十個到上百個伽馬射線暴。

“聯姻”：以科學的名義

與以往中國發射的普通衛星相比，我一亮相就得到廣泛的國際關注，不僅因為我是中國首顆X射線天文望遠鏡衛星，而且因為我趕在了美國NASA“超越愛因斯坦計劃”的“黑洞發現者”之前升空。

就連美國“超越愛因斯坦計劃”新一代“黑洞發現者”候選項目EXIST的首席科學家也為我點贊：“中國硬X射線調制望遠鏡衛星，將是國際上發現黑洞的重要裝置，是2020年前世界主打數據源，會對今后一段時間研究黑洞動力學過程發揮獨一無二的作用。”

然而在此之前，在數十顆從地球成功發射的天文衛星中，沒有一顆是中國的，由于觀測數據源受制于國外，中國空間天文領域一度難以率先獲得創新性成果。

為了彌補遺憾，盡快填補中國空間天文探測領域的空白。我的父母——航天科技集團五院和中國科學院高能所這兩個“國家隊”以科學的名義“聯姻”，用中國的理論和中國的衛星打造出我這個太空望遠鏡，從而為中國獲得重大科學產出、實現跨越式發展奠定新的里程碑。

但這樣的“聯姻”并不一帆風順。在我2500公斤的體重中，科學儀器的重量占了981公斤，這些科學儀器，是國內眾多科學家凝結近20年心血打造的。但這些全新的科學載荷也從技術、材料、工藝到環境、人員、設備等各方面給衛星研制帶來全新挑戰。

比如，為了解決我的探測器的散熱問題，航天科技集團的工作人員專門為我研制了低溫熱管。在零下幾十攝氏度的空間環境下工作，低溫熱管能幫我把探測器保持在適宜工作的溫度，從而確保探測精度。

正如來自航天科技集團五院硬X射線調制望遠鏡衛星總指揮兼總設計師潘騰所說，空間科學衛星的研制，對航天技術有很大的促進和牽引作用，反過來也讓科學獲得更強的探測能力，解決以前沒有手段去解決的科學問題。他說，這是中國人在科學與工程上實現完美融合的典范。

帶上她的“眼睛” 空間探索我不孤單

中國科學家們為我取名“慧眼”，不光因為我能穿過星際物質的遮擋“看”宇宙中的X射線，還為紀念有“中國的居里夫人”之稱的老一輩著名科學家何澤慧先生。她曾積極推動高能天體物理的起步和發展，在核物理、宇宙線超高能物理、高能天體物理等領域都做出了重大貢獻。

浩瀚太空，星光璀璨。在中國探索宇宙的路上，我不孤單。

在我之前，尋找暗物質粒子的“悟空”號衛星、致力于研究微重力流體物理等問題的“實踐十號”返回式衛星、全球首個量子科學實驗衛星“墨子”等“前輩”已先后進入太空，并分別在各自的領域充當科研“利器”，有望產生一批重大突破和原創性成果。在我之后，更多來自中國的伙伴還將加入。

按國家國防科技工業局系統工程司副司長趙堅的介紹，中國在“十三五”期間將有四次重要的空間科學衛星和探測器實施發射，包括：預計于2017年8月發射的中意電磁監測試驗衛星；預計于2018年發射的中法海洋衛星；預計于2021年左右完成研制并發射的中法天文衛星，以及計劃在2020年發射、一次實現“繞、落、巡”的火星探測器。

而這些才剛開始，一大批空間科學衛星正在中國人的計劃中，按趙堅介紹，中國正在努力推進太陽風—磁層相互作用全景成像衛星工程、磁層—電離層—熱層耦合小衛星星座探測計劃、愛因斯坦探針、先進天基太陽天文臺、全球水循環衛星等空間科學衛星的立項工作，未來中國人探索宇宙的范圍將越來越深、越來越廣。

——摘自新華網

科普小知識

黑洞

黑洞（Black hole）是現代廣義相對論中，宇宙空間內存在的一種密度無限大，體積無限小的天體，所有的物理定理遇到黑洞都會失效。

黑洞是由質量足夠大的恒星在核聚變反應的燃料耗盡而死亡后，發生引力坍縮產生的。黑洞產生的引力場極為強勁，以至于任何物質和輻射在進入到黑洞的一個事件視界（臨界點）內，便再無法逃脫。黑洞無法直接觀測，但可以借由間接方式得知其存在與質量，并且觀測到它對其他事物的影響。借由物體被吸入之前的因高熱而放出紫外線和X射線的“邊緣訊息”，可以獲取黑洞存在的訊息。