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【人民日报】探寻美丽星空 揭示宇宙奥秘

  •   今年6月,“慧眼”卫星迎来在轨运行5周年。按照设计,它的寿命只有4年,由于它的运行状态一切正常,各项性能依旧良好,所以科学家们召开卫星延寿会议,决定让它再干两年。目前,卫星平台星载燃料可以满足多次轨道提升,预期卫星还可以稳定运行数年。

      “慧眼”卫星全称是硬X射线调制望远镜卫星,是我国的第一颗X射线天文卫星。它运行在550公里的近地圆轨道上,主要用来观测研究黑洞、中子星、伽马射线暴等。它也是一架来之不易的太空望远镜,从1993年项目提出,到卫星项目立项,再到卫星发射升空,足足用了24年,凝聚了我国几代科学家的智慧和心血。

      “慧眼”卫星主要通过观测宇宙中天体辐射的X射线来实现科学目标。X射线本质上和可见光一样都是电磁波,只不过X射线的波长更短,如果用一台普通的光学望远镜对准X射线天体源,根本无法获得X射线的图像。为了解决这一难题,科学家们想了很多解决办法,比如发明掠射式镜面,但其制作难度很大。

      我国科学家在算法上另辟蹊径,提出了直接解调成像法。硬X射线调制望远镜就是随着这个方法的提出应运而生的。20世纪90年代初,中国科学院高能物理研究所的李惕碚院士(编者注,中国科学院大学专任教师、博士生导师)和吴枚研究员在不断探索中找到了一种新的算法,即使无法实现聚焦,仍然可以有效地将解调之后的信号还原成图像,这种方法被称为直接解调技术,获得了令人满意的准确度。李惕碚院士结合扫描探测技术与这种图像处理技术,提出了硬X射线调制望远镜的概念,希望这种简单成熟的方法能弥补国内技术上的缺陷,对硬X射线源做成像观测,得到“天图”。

      硬X射线调制望远镜只是沿用了最初的名字,其实早已不再局限于硬X射线这一能段,它包含高能X射线望远镜、中能X射线望远镜和低能X射线望远镜,首次实现了1—250千电子伏特的能区覆盖,有利于从不同能段来观测和研究X射线天体的辐射机制。卫星首席科学家张双南又创造性地添加了观测伽马射线暴的任务,使卫星的能量覆盖范围在原来的基础上又扩大了10倍,到3兆电子伏特。

      “慧眼”卫星带着独特的优势上天在轨运行5年,积累了丰富的科学数据,也产出了一系列的重大科学成果。比如,“慧眼”卫星确认了快速射电暴起源于磁星爆发,破解了快速射电暴起源之谜,直接而且可靠地测量到了迄今宇宙最强磁场;“慧眼”卫星发现了距离黑洞最近的相对论喷流,发现了黑洞双星中逃离黑洞强引力场向外高速运动的等离子体流(简称冕),并首次在黑洞双星中观测到冕的速度演化。

      “慧眼”卫星开展了X射线脉冲星导航实验,监测到了全球首个双中子星并合引力波事件,完整探测到了第二十四太阳活动周最大耀斑的高能辐射过程,首次清晰观测到了黑洞双星爆发过程的全景,它已经在引力波伽马射线暴、快速射电暴、黑洞和中子星等方向都作出了重要的贡献。

    (原载于《人民日报》 2022-07-04 19版)

     

    责编 :李暄妍