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“慧眼”的太空探索旅程

| 2020-11-11

  在茫茫宇宙的“中国方阵”里,与“天宫”系列空间实验室相比,“慧眼”虽是新人,却引起了全世界的持续关注。“慧眼”的独特技术优势在于,它既可以实现宽波段、大视场X射线巡天,又能够研究黑洞、中子星等高能天体的短时标光变和宽波段能谱;同时还具有高灵敏度的伽马射线暴全天监测能力。

  早在2005年8月和2007年3月,高能X射线望远镜就被列入国家《“十一五”空间科学发展规划》和《航天发展“十一五”规划》。在经历了长期的设计规划和反复论证后,2011年终于正式进入工程研制阶段。突破一系列技术难关后,2017年6月15日最终发射成功,经过5个多月的在轨测试,于2018年1月30日顺利交付,开始了它的科学观测新里程。

2017年6月15日在酒泉成功发射的硬X射线调制望远镜“慧眼”。

  “慧眼”项目总指挥潘腾说,卫星进入太空后,望远镜就会进入一刻不停、持续不间断的巡天模式。也就是说,在预期4年的寿命中,它每天都要24小时分秒必争地工作,紧盯着宇宙空间,开展对四大科学目标的长期研究:一是通过对银道面、银心和核球的大天区扫描巡天和监测,发现新的高能变源和已知高能天体的新活动;二是通过对河内黑洞和中子星进行长期高频次监测,理解黑洞和中子星系统的活动和演化机制;三是通过对高流强河内黑洞和中子星进行高统计量观测,理解吸积黑洞和中子星系统的基本性质,分析致密天体强引力场和强磁场环境下的物理规律;四是利用其扩展到200千电子伏至3兆电子伏能段的探测能力,获得新的伽马射线暴及其他爆发现象的能谱和时变观测数据,理解高能剧烈爆发天体的基本属性,研究宇宙深处大质量恒星的死亡以及中子星并合等过程中黑洞的形成。

  除了既定的长期科学目标,“慧眼”望远镜也十分注重学术合作,在条件允许的情况下尽可能实现资源共享。根据首席科学家张双南研究员提供的信息,截至2018年2月,“慧眼”团队已收到国内16家科研院所及高校的90份观测提案,假如全部实现,需要整整7年时间。

  “慧眼”开始运行不久,就赶上了科学界的重大事件—那就是人类首次探测到引力波。2017年8月17日,美国国家科学基金会宣布,激光干涉引力波天文台(LIGO)和室女座引力波天文台(Virgo)于2017年8月17日首次发现双中子星并合引力波事件。“慧眼”团队第一时间启动了后续观测及快速数据处理工作流程。在团队的共同努力下,“慧眼”的监测结果于次日3时30分左右在GCN(The Gamma-ray Coordinates Network,伽马射线暴协调网络)上发出,这是GCN上关于该事件的最早报道之一。引力波事件发生时,全球仅有4台X射线和伽马射线望远镜成功检测到爆发天区,中国的“慧眼”望远镜为其中之一,且在0.2兆电子伏至5兆电子伏能区的探测面积最大、时间分辨率最好。虽然这些望远镜在兆电子伏能区均没有探测到高能辐射,但“慧眼”凭借强大的探测性能,对该引力波事件在兆电子伏能区的辐射性质给出了严格的上限。

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