空间X射线天文卫星的“自白”

文_白国龙 全晓书

空间X射线天文卫星的“自白”

文_白国龙 全晓书

“慧眼”看宇宙 翟桂溪/制图

宇宙深处的黑洞你好，我是“慧眼”，一颗来自中国的空间X射线天文卫星。6月15日我首次进入太空，飞行在距地550公里圆形轨道上，专门为你而来。

飞行正常后，我身上的科学仪器将“技能全开”，“扫描”银河系、监视恒星爆发、测量黑洞质量等科学探索任务都将展开。中国科技人员用六年多时间将我锻造成聪明好用的“宇宙星探”，希望能探寻星空的奥秘。科学家视我为“X射线天文学发展史上的一座里程碑”。有了我，中国的空间科学探索值得期待。

巡天有我 为黑洞而生

我为宇宙深处的黑洞而生，专业名称叫“硬X射线调制望远镜卫星”，我与硬X射线以及黑洞的关系还得从头说起。

从1964年美国探空火箭所携带的探测器发现的第一个黑洞——天鹅座X1，到2014年美国科幻大片《星际穿越》描绘了黑洞的模样，人类对你这个吞噬一切的神秘天体的探寻和想象从未停止。

但50多年过去了，人类对黑洞的了解仍在初始阶段。今天的科学家已经知道，当物体被黑洞或者中子星等致密天体的引力捕获后，会以螺旋运动掉向中心天体，速度越来越快，温度越来越高，最后会发出强烈的比一般X射线能量还高的硬X射线。

换句话说，探测宇宙中的硬X射线对人类了解黑洞等致密天体的活动，揭示宇宙奥秘非常重要。但硬X射线不能穿透地球大气层，因此，探测黑洞等天体发出的硬X射线的重任就落在我的肩头。

在未来四年多的时间里，我身上的高能、中能、低能X射线望远镜和空间环境监测器等科学仪器能帮我将以我为圆心的全宇宙360度的范围纳入视野之内。

我可以“扫视”：对银河系进行大天区巡天和扫描，发现新的高能天体；也可以“凝视”：对几十个经典的X射线源进行长时间的定点观测，测量一批黑洞的质量和自传参数，以及中子星表面的磁场强度、质量和半径，为甄别黑洞形成和中子星内部性质的理论模型提供依据。

我还可以“守株待兔”。首席科学家张双南说：“‘慧眼’的伽马射线暴工作模式，能获取新的伽马射线暴及其他剧烈爆发现象，这些将帮助人类进一步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的黑洞形成。”

虽然只是空间天文望远镜俱乐部里的“新人”，但我在能量覆盖范围、探测面积和能量分辨率等方面具有明显的综合优势，很多技能达到世界先进水平。我的首席科学家张双南相信，未来，依靠我的努力，中国可以发现一批以中子星、黑洞为主的新的天体源，而且每年都能发现几十个到上百个伽马射线暴。

“联姻”：以科学的名义

与以往中国发射的普通卫星相比，我一亮相就得到广泛的国际关注，不仅因为我是中国首颗X射线天文望远镜卫星，而且因为我赶在了美国NASA“超越爱因斯坦计划”的“黑洞发现者”之前升空。

就连美国“超越爱因斯坦计划”新一代“黑洞发现者”候选项目EXIST的首席科学家也为我点赞：“中国硬X射线调制望远镜卫星，将是国际上发现黑洞的重要装置，是2020年前世界主打数据源，会对今后一段时间研究黑洞动力学过程发挥独一无二的作用。”

然而在此之前，在数十颗从地球成功发射的天文卫星中，没有一颗是中国的，由于观测数据源受制于国外，中国空间天文领域一度难以率先获得创新性成果。

为了弥补遗憾，尽快填补中国空间天文探测领域的空白。我的父母——航天科技集团五院和中国科学院高能所这两个“国家队”以科学的名义“联姻”，用中国的理论和中国的卫星打造出我这个太空望远镜，从而为中国获得重大科学产出、实现跨越式发展奠定新的里程碑。

但这样的“联姻”并不一帆风顺。在我2500公斤的体重中，科学仪器的重量占了981公斤，这些科学仪器，是国内众多科学家凝结近20年心血打造的。但这些全新的科学载荷也从技术、材料、工艺到环境、人员、设备等各方面给卫星研制带来全新挑战。

比如，为了解决我的探测器的散热问题，航天科技集团的工作人员专门为我研制了低温热管。在零下几十摄氏度的空间环境下工作，低温热管能帮我把探测器保持在适宜工作的温度，从而确保探测精度。

正如来自航天科技集团五院硬X射线调制望远镜卫星总指挥兼总设计师潘腾所说，空间科学卫星的研制，对航天技术有很大的促进和牵引作用，反过来也让科学获得更强的探测能力，解决以前没有手段去解决的科学问题。他说，这是中国人在科学与工程上实现完美融合的典范。

带上她的“眼睛” 空间探索我不孤单

中国科学家们为我取名“慧眼”，不光因为我能穿过星际物质的遮挡“看”宇宙中的X射线，还为纪念有“中国的居里夫人”之称的老一辈著名科学家何泽慧先生。她曾积极推动高能天体物理的起步和发展，在核物理、宇宙线超高能物理、高能天体物理等领域都做出了重大贡献。

浩瀚太空，星光璀璨。在中国探索宇宙的路上，我不孤单。

在我之前，寻找暗物质粒子的“悟空”号卫星、致力于研究微重力流体物理等问题的“实践十号”返回式卫星、全球首个量子科学实验卫星“墨子”等“前辈”已先后进入太空，并分别在各自的领域充当科研“利器”，有望产生一批重大突破和原创性成果。在我之后，更多来自中国的伙伴还将加入。

按国家国防科技工业局系统工程司副司长赵坚的介绍，中国在“十三五”期间将有四次重要的空间科学卫星和探测器实施发射，包括：预计于2017年8月发射的中意电磁监测试验卫星；预计于2018年发射的中法海洋卫星；预计于2021年左右完成研制并发射的中法天文卫星，以及计划在2020年发射、一次实现“绕、落、巡”的火星探测器。

而这些才刚开始，一大批空间科学卫星正在中国人的计划中，按赵坚介绍，中国正在努力推进太阳风—磁层相互作用全景成像卫星工程、磁层—电离层—热层耦合小卫星星座探测计划、爱因斯坦探针、先进天基太阳天文台、全球水循环卫星等空间科学卫星的立项工作，未来中国人探索宇宙的范围将越来越深、越来越广。

——摘自新华网

科普小知识

黑洞

黑洞（Black hole）是现代广义相对论中，宇宙空间内存在的一种密度无限大，体积无限小的天体，所有的物理定理遇到黑洞都会失效。

黑洞是由质量足够大的恒星在核聚变反应的燃料耗尽而死亡后，发生引力坍缩产生的。黑洞产生的引力场极为强劲，以至于任何物质和辐射在进入到黑洞的一个事件视界（临界点）内，便再无法逃脱。黑洞无法直接观测，但可以借由间接方式得知其存在与质量，并且观测到它对其他事物的影响。借由物体被吸入之前的因高热而放出紫外线和X射线的“边缘讯息”，可以获取黑洞存在的讯息。