「慧眼」揭開中國探測極端宇宙的序幕

eXTP模擬圖。中科院提供

2017年6月15日發射成功的「慧眼」硬X射線空間天文星運行4個多月時，就帶給我們驚喜——對雙中子星併合的引力波事件的伽馬射線輻射性質給出了嚴格的限制。

按照計劃，「慧眼」的主要科學目標有四個：一是開展銀道面巡天，發現新的高能天體源和已知高能天體源的新活動；二是對黑洞、中子星等高能天體的能譜、磁場、自轉等性質給出高頻次和高統計量的寬波段觀測，加深對這類天體的性質的認識；三是在硬X射線到軟伽馬能區觀測大批伽馬射線暴，並在X射線波段觀測緻密天體併合引力波事件的電磁對應體；四是希望能夠在利用脈衝星進行航天器自主導航方面作出貢獻。

在「慧眼」運行的半年時間裡，我們已經取得了一些讓人欣喜的成果。「慧眼」的觀測主要有三種方式：巡天觀測、定點觀測和伽馬暴模式。「慧眼」開始了對銀道面的系統性掃描監測，發現了一批伽馬射線暴事例。在定點觀測中，我們已經觀測到30多個黑洞和中子星雙星系統的各種活動現象，觀測到一批孤立的脈衝星，進行了初步的脈衝星導航試驗。

科學總會帶給我們驚喜。除了這些預定的科學目標，我們還發現了一些很有趣的現象。比如，2017年9月6日，太陽發生了2005年以來最大的一次耀斑爆發。我們探測到耀斑爆發發出的很強的X射線和伽馬射線信號，具有豐富的時變和能譜變化信息，可望為太陽耀斑的研究提供新的限制。再比如，我們發現了一些特殊的空間環境事件。2017年9月1日和9月2日，我們在定點觀測中發現，當「慧眼」指向地球的某個方向時，探測到很強的高能輻射信號，這種信號不太可能來源於地球之外，我們懷疑與地球的磁極有關，目前也在進一步研究中。

「慧眼」將在太空運行4年時間，我認為，它獨特的設計將帶給我們更多發現。與同類空間天文衛星相比，「慧眼」覆蓋的能區更寬，在亮源的探測上具有特別優勢。在軟X射線波段，我們的CCD探測器因為採取特別設計的讀出模式，可以有效避免之前空間望遠鏡在觀測亮源時存在的光子堆積問題；在硬X射線波段，「慧眼」的探測面積更大。特別值得一提的是，「慧眼」的首席科學家、中國科學院高能物理研究所張雙南研究員提出一種伽馬射線暴的觀測模式，能夠對未被地球遮擋的天區的伽馬暴事件進行監測，顯著地提升了「慧眼」的科學產出能力，使它成為世界上軟伽馬射線波段接收面積最大的伽馬暴全天監測器。

在對宇宙極端事例的觀測中，「慧眼」只是拉開了序幕。就在2018年2月，下一代「慧眼」——增強型X射線時變與偏振（eXTP）空間天文台背景型號項目啟動，這是由中國科學家發起和主導的重大國際合作空間科學衛星項目，其主要科學目標可以概括為「一奇二星三極端」，「一奇」是指黑洞，「二星」即中子星和夸克星，「三極端」問題是指極端引力條件下的廣義相對論、極端磁場條件下的量子電動力學和極端密度條件下的量子色動力學等理論。我們期待這顆衛星能成為2025年-2035年間該領域國際領先的旗艦級X射線空間天文台，為終極回答黑洞附近會發生什麼、真空量子漲落產生什麼、中子星內部是什麼物質狀態等重大科學問題做出貢獻。

「慧眼」正遨遊太空，她慧眼如炬，談笑間「生擒」中子星，「活捉」黑洞，我們希望將來中國空間天文能夠在此基礎上續寫新的傳奇。中國的「極端宇宙探測計劃」正在討論中，如果得到通過，我們將按照探索、詳測、深巡「三步走」的計劃穩步推進對宇宙的探索，希冀在2035年左右，讓我國的空間高能天文走在世界的最前端。

作者：張澍（「慧眼」衛星地面應用系統副總師）

記者齊芳採訪整理

《光明日報》（ 2018年03月29日 13版）

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