終于，浩瀚宇宙架起了一臺(tái)屬于中國(guó)人自己的大型天文望遠(yuǎn)鏡。

6月15日，我國(guó)第一顆X射線天文衛(wèi)星“慧眼”乘坐長(zhǎng)征四號(hào)乙型火箭飛向蒼穹，成功躋身太空觀察員俱樂(lè)部，與蜚聲國(guó)際的“哈勃”“錢(qián)德拉”等天文望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星一道，“站”在大氣層之上嘗試巡天遙看一千河。自此，我國(guó)在空間高能天體物理領(lǐng)域長(zhǎng)期沒(méi)有自主觀測(cè)數(shù)據(jù)的歷史將要結(jié)束。

事實(shí)上，深邃而神秘的太空從未平靜，星辰大海中日復(fù)一日的斗轉(zhuǎn)星移、繞行伴飛，黑洞張開(kāi)大嘴吞噬光線，超新星突然爆發(fā)、中子星意外形成，恒河沙數(shù)的各類(lèi)天體在太空這個(gè)大舞臺(tái)上無(wú)時(shí)無(wú)刻不上演著一幕幕“太空舞臺(tái)劇”。唯獨(dú)少了的，是來(lái)自中國(guó)的“觀眾”。

如今這一僵局被打破。正如“慧眼”衛(wèi)星工程總師、航天科技集團(tuán)五院研究員馬世俊所說(shuō)，該衛(wèi)星填補(bǔ)了我國(guó)空間X射線天文衛(wèi)星研制的空白，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)天文觀測(cè)由地面觀測(cè)到天地聯(lián)合觀測(cè)的跨越，鑄就了我國(guó)天文學(xué)發(fā)展史上的里程碑。

黑洞、中子星，以及宇宙演化的奧秘，中國(guó)人來(lái)了。

望遠(yuǎn)鏡：搬到太空更近距離觀察

早在幾千年前，人類(lèi)就開(kāi)始用肉眼觀測(cè)星空，試圖找出它們的運(yùn)行規(guī)律，中國(guó)古人“觀天授時(shí)”確定二十四節(jié)氣就是一個(gè)典型的例子。后來(lái)，人類(lèi)又發(fā)明了各類(lèi)天文儀器，借助這些儀器設(shè)備，將“欲窮千里目”變?yōu)榱爽F(xiàn)實(shí)。

實(shí)現(xiàn)方法有兩種：一種被稱(chēng)作“地基觀測(cè)”，即在我們所熟知的地球上建立天文臺(tái)，通過(guò)各種天文望遠(yuǎn)鏡，針對(duì)可觀測(cè)到的天體進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)測(cè)，以獲取各種觀測(cè)數(shù)據(jù)。不管是去年名噪一時(shí)的世界最大單口徑500米射電望遠(yuǎn)鏡FAST，還是我國(guó)最大的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡LAMOST，都屬于這一類(lèi)。

另一種被稱(chēng)作“軌道觀測(cè)”，或空間天文探測(cè)，也就是發(fā)射天文衛(wèi)星，到太空特定軌道，在空間開(kāi)展天文探測(cè)。目前少數(shù)國(guó)家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了這種觀測(cè)手段，這其中最知名的，就屬美國(guó)的空間望遠(yuǎn)鏡“哈勃”。

如今發(fā)射升空的“慧眼”，就屬于后者。“慧眼”全稱(chēng)硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星，馬世俊說(shuō)，作為我國(guó)首個(gè)空間X射線天文衛(wèi)星，該衛(wèi)星承載著我國(guó)高能物理學(xué)界與天文學(xué)界眾多科學(xué)家多年的夢(mèng)想，科技人員將借助這顆望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星對(duì)宇宙中各類(lèi)硬X射線進(jìn)行近距離觀察。

那么，為何不在地面上觀測(cè)X射線，卻要絞盡腦汁跑到天上去？

硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星首席科學(xué)家、中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所研究員張雙南說(shuō)，之所以要將硬X射線望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星發(fā)射到幾百公里之外的近地軌道，是因?yàn)榈厍虼髿鈱?duì)X射線是“不透明的”，后者在穿越地球大氣層時(shí)會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重衰減，地面觀測(cè)的準(zhǔn)確性、全面性會(huì)大打折扣。

相應(yīng)地，“只有在太空進(jìn)行觀測(cè)，才有可能探測(cè)到來(lái)自天體的X射線”。

他告訴記者，1999年美國(guó)發(fā)射的錢(qián)德拉X射線望遠(yuǎn)鏡，以及同時(shí)期進(jìn)入太空的歐洲牛頓衛(wèi)星，作為21世紀(jì)初天文學(xué)最主要的觀測(cè)設(shè)備，開(kāi)啟了X射線天文學(xué)的新時(shí)代，取得了一大批重要的研究成果。

X射線：勾畫(huà)黑洞等天體輪廓

一個(gè)緊接著的問(wèn)題是，為何要探測(cè)X射線。

其實(shí)，何謂X射線，人們并不陌生，不管是醫(yī)院體檢照射的X光，還是機(jī)場(chǎng)過(guò)安檢，采用的都是這種X射線——一種波長(zhǎng)小于1納米的電磁波。

不過(guò)鮮為人知的是，這種射線還是外太空的“常客”——

一個(gè)質(zhì)量大于8個(gè)太陽(yáng)的恒星，可能會(huì)以大爆炸的形式演化成中子星；而質(zhì)量更大的，則有可能演化成黑洞。在這一系列的演化過(guò)程中，中子星和黑洞就會(huì)向外放射出穿透性極強(qiáng)的X射線。

硬X射線調(diào)制衛(wèi)星系統(tǒng)載荷分系統(tǒng)專(zhuān)家、中科院高能所研究員宋黎明告訴記者，在宇宙中，脈沖星、伽馬射線暴、超新星遺跡、黑洞等都會(huì)射出X射線。如果可以接收到這些射線加以分析，就能勾畫(huà)出這些天體的輪廓，對(duì)人類(lèi)探索太空具有重要意義。

以黑洞為例，從1964年美國(guó)探空火箭所攜帶的探測(cè)器發(fā)現(xiàn)第一個(gè)黑洞——天鵝座X-1，到2014年美國(guó)科幻大片《星際穿越》形象描繪黑洞模樣。黑洞，這個(gè)吞噬一切的神秘天體，魔咒一般地吸引著我們，從未停止。然而，50多年過(guò)去了，人類(lèi)對(duì)黑洞的探索仍然處于初始階段。宋黎明說(shuō)，這也是為何科學(xué)家還要探測(cè)X射線。

當(dāng)然，并非所有的空間望遠(yuǎn)鏡都能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)X射線的觀測(cè)，比如我們熟知的“哈勃”，就無(wú)法觀測(cè)X射線，這個(gè)有些“顏控”的空間望遠(yuǎn)鏡，只能觀測(cè)太空中的可見(jiàn)光波段，“用它明亮的大眼睛觀測(cè)著星際間的美好”。

航天科技集團(tuán)五院西安分院主管遙感數(shù)據(jù)傳輸類(lèi)衛(wèi)星研制的副院長(zhǎng)楊毅說(shuō)，可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍在390~780納米，而X射線波長(zhǎng)范圍是0.01~10納米，其波長(zhǎng)比可見(jiàn)光波長(zhǎng)小得多，必須用專(zhuān)門(mén)的X射線望遠(yuǎn)鏡才能觀測(cè)。

遺憾的是，在中國(guó)之前，人類(lèi)“甩”向太空的天文望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星，只能看到波長(zhǎng)在0.1~10納米的X射線，即所謂的“軟X射線”，而對(duì)于能量較高，波長(zhǎng)在0.01~0.1納米之間的X射線，即所謂的“硬X射線”，卻是“視而不見(jiàn)”。自然，也將失去很多“太空舞臺(tái)劇”的細(xì)節(jié)和精彩。

相應(yīng)地，中國(guó)“慧眼”作為世界上靈敏度和分辨率最高的硬X射線望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星，則是這場(chǎng)舞臺(tái)劇的前排“VIP觀眾”，有望發(fā)現(xiàn)黑洞和未知類(lèi)型天體。

放飛的衛(wèi)星：科學(xué)成果往往不是事先預(yù)期的

按照張雙南的設(shè)想，這些X射線漂洋過(guò)海來(lái)到地球附近，就會(huì)被“慧眼”衛(wèi)星觀測(cè)到。正如武林高手都有成名兵器一樣，這名宇宙觀察員也隨身攜帶4種獨(dú)特“兵器”——高能X射線望遠(yuǎn)鏡、中能X射線望遠(yuǎn)鏡、低能X射線望遠(yuǎn)鏡以及空間環(huán)境監(jiān)測(cè)器。

有了這4樣法寶，硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星如同擁有了“火眼金睛”，成為世界上目前已經(jīng)應(yīng)用的同類(lèi)探測(cè)器中探測(cè)面積最大的一個(gè)，可以對(duì)整個(gè)X射線譜段進(jìn)行探測(cè)——不僅能夠“軟硬兼收”，及時(shí)捕捉到絕大多數(shù)天體發(fā)出的軟X射線和硬X射線，開(kāi)展全譜段探測(cè)，甚至連暗、弱天體目標(biāo)也逃不出它的“法眼”。

可以說(shuō)，“慧眼”能將宇宙事件的發(fā)生、發(fā)展到結(jié)束的全過(guò)程盡收眼底。根據(jù)張雙南預(yù)期，該衛(wèi)星在軌運(yùn)行期間可能會(huì)有三個(gè)發(fā)現(xiàn)——

一是對(duì)銀河系巡天的工作，“對(duì)有些源要進(jìn)行監(jiān)測(cè)性觀測(cè)，也就是要反復(fù)地看，看它有沒(méi)有變化”，可能會(huì)發(fā)現(xiàn)一批以黑洞和中子星為主的新的天體源。

二是會(huì)對(duì)一批比較亮的中子星和黑洞做定點(diǎn)觀測(cè)，“一次看很長(zhǎng)時(shí)間，積累足夠統(tǒng)計(jì)意義的數(shù)據(jù)”，有可能對(duì)于中子星和黑洞的性質(zhì)，如中子星的磁場(chǎng)、質(zhì)量，黑洞的質(zhì)量、自轉(zhuǎn)等，給出新的測(cè)量結(jié)果，了解他們?yōu)槭裁从懈鞣N各樣的活動(dòng)性。

三是每年可能會(huì)發(fā)現(xiàn)幾十個(gè)到上百個(gè)伽馬射線暴，如果其中的一些事例和引力波的事例存在聯(lián)系，那將是很重要的進(jìn)展。“比如說(shuō)別人看到了新的天體，或者我們的銀河系巡天當(dāng)中發(fā)現(xiàn)了新的東西，這個(gè)時(shí)候我們就會(huì)中斷常規(guī)任務(wù)，去對(duì)這些目標(biāo)進(jìn)行比較詳細(xì)的觀測(cè)。”張雙南說(shuō)。

不過(guò)，他也告訴記者，這些都是預(yù)期的科學(xué)成果，從目前已有的空間天文望遠(yuǎn)鏡或地面觀測(cè)站來(lái)看，他們?nèi)〉玫暮芏嘀匾茖W(xué)成果“往往不是事先預(yù)期的”，比如哈勃望遠(yuǎn)鏡十大重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，從來(lái)都沒(méi)有出現(xiàn)在預(yù)期結(jié)果清單中。

“因?yàn)橛钪姹任覀兿胂蟮母鼜?fù)雜更奇妙。”張雙南說(shuō)。

如今中國(guó)這個(gè)被寄予厚望的望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星被命名為“慧眼”，有兩個(gè)理由，一個(gè)是遂了該衛(wèi)星科學(xué)家團(tuán)隊(duì)的心愿，用來(lái)紀(jì)念我國(guó)天體物理奠基人之一何澤慧院士，希望這架空間望遠(yuǎn)鏡能如她的眼睛一樣，尋找高能天體的美麗風(fēng)景。

另一個(gè)理由是，以此表示祝愿，“希望這顆硬X射線望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星‘慧眼如炬’，能穿過(guò)星際物質(zhì)的遮擋發(fā)現(xiàn)黑洞。”張雙南說(shuō)。記者 邱晨輝 通訊員 張昊 王同心

[責(zé)任編輯：楊凡、蘇琛]

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