追逐引力波之光！中国“极目”空间科学卫星发射成功

多客科技

作者：科技日报
科技日报记者 陆成宽
2020年12月10日4时14分，我国在西昌卫星发射中心用长征十一号遥九固体运载火箭将引力波暴高能电磁对应体全天监测器（GECAM）卫星发射升空，卫星顺利进入预定轨道，发射任务取得圆满成功。



长十一火箭一飞冲天（胡蓝月 摄）
作为北京怀柔综合性国家科学中心空间科学实验室挂牌后发射的首颗科学卫星，中国科学院与北京市人民政府共同将这颗卫星命名为“怀柔一号”。



“全天候无死角”监测宇宙中的爆发现象

引力波暴高能电磁对应体全天监测器？顾名思义，它的使命就是全天候监测引力波伽马暴，寻找引力波之光。
所谓引力波，其实是物质和能量的剧烈运动和变化所产生的一种物质波。如果以水面来比喻时空，那么引力波就可以看作是时空的涟漪。爱因斯坦一个世纪前基于广义相对论预言了引力波的存在。
为了便于理解记忆，研究人员还给卫星起了个昵称叫“极目”。

“极目”卫星的主要观测目标包括双致密星并合引力波产生的高能辐射、伽马暴、磁星爆发及快速射电暴等宇宙中的剧烈爆发现象，推动破解黑洞、中子星等致密天体的形成和演化，以及双致密星并合之谜。


同时，“极目”卫星还将探测太阳耀斑、地球伽马闪和地球电子束等日地空间高能辐射现象，为进一步研究其物理机制提供科学观测数据。

然而，这些爆发现象在宇宙空间随机随时出现，且持续的时间非常短，通常是分钟、秒乃至毫秒量级内出现。



为了捕捉宇宙中这些稍纵即逝的光，研究人员对“极目”卫星进行了专门的设计，由两颗以共轭轨道星座布局的微小卫星以180度相位绕着地球运行，以确保卫星的观测不会被地球遮挡，从而实现对宇宙中的爆发现象“全天候无死角”监测。
这两颗微小卫星也都有“乳名”，分别叫“小极”和“小目”。它们分布于地球两侧，形成两“极”之势，犹如二“目” ，将对黑洞、中子星等极端天体的剧烈爆发现象进行观测，快速下传并发布观测警报，引导国内外科学家利用各类望远镜进行后随观测。
未来几年对爆发事件综合探测能力最强卫星

别看“极目”卫星个头小，它将是未来几年内国际上对伽马暴、磁星爆发、快速射电暴、地球伽马闪等爆发事件综合探测能力最强的卫星。
“‘极目’卫星可以对和引力波暴几乎同时发生的同源伽马暴的能谱和光变进行连续高精度观测，同时可以给出精度较高的引力波事件的方向信息，将对引力波等重要事件的电磁对应体的发现、证认发挥重要作用。”“极目”卫星系统载荷总师、中国科学院高能物理研究所副研究员李新乔说。
随着引力波天文学时代的到来，引力波探测引领了近几年的天文观测热潮。引力波和与之相伴的伽马暴都携带着丰富的物理信息，穿越亿万光年，向我们展现和描绘双致密星并合这一重大物理事件的始末。“天文学家通过多信使、多波段观测和数据分析的手段对其中所携带的信息进行解读，可以检验已有的理论模型并发展新的理论模型。从而揭示这一宇宙高能过程的内在规律。”李新乔说。



据了解，“极目”卫星由中科院空间科学（二期）先导专项部署。空间科学战略性先导科技专项一期部署发射了“悟空”“墨子”“慧眼”“实践十号”等科学卫星。2019年8月31日，专项二期首颗技术验证卫星——微重力技术实验卫星“太极一号”成功发射，迈出我国空间引力波探测奠基性的第一步。
除“太极一号”和“极目”卫星外，专项二期部署了先进天基太阳天文台（ASO-S）、爱因斯坦探针（EP）和太阳风-磁层相互作用全景成像卫星（SMILE）等空间科学卫星，将在未来3至4年内陆续发射，有望在太阳爆发活动、时域天文学、日地关系等方面取得重大原创性成果。



文中图片除注明外由中国科学院高能物理研究所提供

编辑：张爽

审核：管晶晶