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“慧眼”卫星运行4年:帮助人类更深入了解宇宙奥秘

所属分类:时事聚焦    发布时间: 2021-08-09    作者:宁夏电气设备维修公司
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我国首颗X射线天文卫星精准捕捉到宇宙中众多精彩瞬间和神秘现象

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;..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.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..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。

“与国外已经发射的很多X射线天文卫星相比,‘慧眼’是世界上探测能区覆盖范围.广的天文望远镜之一,可以进行很宽谱段的X射线和伽马射线观测。”张双南说,“‘慧眼’在百万电子伏特能区监测伽马射线暴的有效观测面积,相比以往的设备可提高数倍。由于引力波暴也可能产生伽马射线暴,‘慧眼’在搜寻引力波电磁对应体方面,也具有重要意义和明显的国际竞争力。”

让“慧眼”卫星“眼界大开”的,是装载在它身体里的高能、中能、低能X射线望远镜和空间环境监测器等4个探测有效载荷。它们可观测1至250keV(千电子伏特)能量范围的X射线和监测200至3MeV(百万电子伏特)能量范围的伽马射线。这些“法宝”让“慧眼”卫星不仅能将宇宙事件从发生、发展到结束全过程的壮丽景象尽收眼底,还可看到这些景象出现时的时变过程是怎样的,相比国际上同类卫星,有更高的时间分辨率。

此外,工作模式多、平台高可靠等优点,让“慧眼”卫星在复杂的空间环境中能可靠地完成观测、数据星上存贮和及时下传等工作,保证任务顺利实施。

“慧眼”卫星运行已4年,状态良好,各项指标正常,取得一系列重大科学成果

令人惊奇的是,“慧眼”卫星在天上运行仅两个月,就利用新开发的科学能力有了重大发现。

2017年8月17日,美国激光干涉引力波天文台和室女座引力波天文台..发现双中子星并合引力波事件,国际引力波电磁对应体观测联盟发现了该引力波事件的电磁对应体。当天,中国“慧眼”卫星对这次引力波事件发生也进行了成功监测。

中科院高能物理研究所副研究员熊少林说:“‘慧眼’卫星在引力波事件发生时成功监测了引力波源所在的天区,对其伽马射线电磁对应体在高能区的辐射性质给出了严格的限制。”

科学家介绍,“慧眼”卫星以合作组形式加入了报告该次历史性发现的论文,在论文的正文部分报告了观测结果,为全面理解该引力波事件和引力波闪的物理机制作出了重要贡献。

此后,“慧眼”卫星又陆续取得一系列重大科学成果,包括直接测量到宇宙.强磁场、高精度实现了脉冲星导航的在轨验证、发现距离黑洞.近的相对论喷流、发现逃离黑洞的高速等离子体、发现并证认首例和快速射电暴同时发生并且来自于磁星(磁场极强的中子星)的X射线暴……

.近,“慧眼”卫星又..清晰观测到了黑洞双星爆发过程的全景,揭示了黑洞双星爆发标准图像的产生机制;完整探测到了第24太阳活动周.大耀斑的高能辐射过程,获得了耀斑过程中非热电子的谱指数演化,为理解太阳高能辐射随时间演化提供了新的观测结果等。

截至2021年8月,“慧眼”卫星已在轨运行约4年零2个月,科研人员在此期间已经投稿和发表了超过80篇学术论文。

张双南说:“目前,‘慧眼’卫星虽然已经超过了其设计寿命,但运行状态良好,各项指标正常,期待接下来它能够有更新的发现。”

张双南还透露,“慧眼”卫星的“继任者”——中国领导的大型国际合作空间项目“增强型X射线时变与偏振空间天文台”已进入方案设计阶段。研制成功后,它将成为2027年后国际..的旗舰级空间X射线天文台,其综合性能相比国际同类卫星有一个数量级以上的提升,将把中国的空间高能天文研究带入更高水平,将在探索极端宇宙中有更多更重要的科学发现。

(——文章转自中国新闻网,如有侵权请联系宁夏电气设备维修公司的小编删除)

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