中华“慧眼”升空——“火眼金睛”带你透视宇宙

导语

 
  今年6月,我国在酒泉卫星发射中心成功发射了硬X射线调制望远镜卫星“慧眼”,这是我国首颗大型X射线天文卫星,中华“慧眼”将带领我们透视宇宙,探索宇宙的奥秘。


  来源:凯风上海  作者:米米  

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中华“慧眼”升空——“火眼金睛”带你透视宇宙
 

 01 中华“慧眼”为何物?

“慧眼”名字的由来寓意深刻 

 

这款“金睛”原先的候选名字包括“星海”“凤舞”“天巡一号”等,今年3月底在网上进行了征名活动,综合广大网民的投票结果和科研人员团队的意见,最终——“慧眼”脱颖而出了。当然,取名为“慧眼”不只是简简单单的智慧之眼的意思,还包括其他涵义:一是在我们中华文化中,有“慧眼识珠”、“独具慧眼”等成语,硬X射线调制望远镜卫星是我国首颗大型天文望远镜,能穿过星际物质尘埃的遮挡“看”到宇宙中的X射线,所以有“慧眼看宇宙”之意;二是为纪念推动中国高能天体物理发展的已故科学家何泽慧。黑格尔曾说过“一个不会仰望星空的民族是没有前途的民族”,取名“慧眼”也是为了宣传科学,培育社会公众尤其是我们青少年崇尚科学的良好风气。

什么是硬X射线? 

 

“慧眼”用于观测硬X射线 

为了说明什么是硬X射线,我们得先知道什么是电磁波,我们可以把电和磁想象成两个大妈,她们在愉快地跳广场舞,她们一边有节奏(频率)地跳广场舞一边在空间内前进就形成了电磁波(电磁波和广场舞具有相似的频率),当特定频率的电磁波进入的到我们的眼球里面时,我们就能看到相应的东西,这部分我们人眼能看到的电磁波就是我们常说的可见光,大妈跳广场舞的节奏偏缓,则她们看起来就偏红,节奏偏快就偏紫,跳的舞节奏越激烈,消耗就越大,则能量就越多,随着节奏越来越激烈,我们便无法看到大妈们了,这时候电磁波便脱离了可见光的范围,电磁波按频率由小到大为:无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。其中X射线因为频率高、能量大,所以有一项超能力——穿透力,因为它的超强穿透力,它可以顺利到达地球附近而不被星际尘埃遮挡;但是尽管X射线具有很强的穿透力,它们仍会被地球上浓密的大气层所吸收(如果地球上没有大气层来吸收X射线,那么地球上就不会有生命存在了),所以我们要发射一个卫星上去接收X射线发射的电磁波,根据波长的长度不同,X射线分为硬X射线——波长较短(能量较高)的和软X射线——波长较长的,一些天体或天体现象(比如脉冲星、伽马射线暴、超新星遗迹、黑洞等射出的主要都是硬X射线。

一款性能优越的硬X射线望远镜 

 

“慧眼”重大概2.5吨,载荷重量981公斤,它的身体上同时安装了高、中、低能三组X射线望远镜,首次实现了对1-250keV能量区域的全覆盖,“慧眼”覆盖的能区如此之广,有利于科研人员从不同的能段来观测和研究X射线天体;“慧眼”的探测面积还很大,尤其是高能部分的探测面积竟超过了5000平方厘米(“面积越大,探测到的信号就会越多,就越有可能发现其他望远镜看不到的现象。”),两天左右就能够完成对银道面的扫描,而且“慧眼”还具有观测亮源的优势,因为“慧眼”可以在观测的时候把光子分散开,所以无论是看多亮的光源,都不会出现晃瞎眼和只能看到白茫茫的一片(因为曝光过度而导致的)的现象。

 02 “慧眼”将如何带领我们透视宇宙?

观测银道面,发现新高能变源和已知高能天体的新活动 

 

1054年大爆炸后留下的蟹状星云 

公元185年,天空中突然闪耀出一颗星星,如彗星般明亮但却一动不动,在夜空中挂了8个月的时间;公元1006年,几乎整个北半球的人都发现夜空中多出了一颗星星,天文学家推测,在那一年的春天,人们甚至可以借助这颗星星的光芒在半夜读书,这是一千多年前就被记录下来的两次超新星爆发;1054年,被称作“天关客星”的高能天体大爆炸,留下了绚烂多彩的蟹状星云……宇宙中几乎每天都发生着这样的“大事件”,望远镜的出现,让科学家们对宇宙的探索更近一步,而刚刚睁开的“慧眼”将通过观测银道面,来发现新的高能变源和已知的高能天体的新活动,不知道能否为我们探测出一个异形体......

获得时变观测数据,研究神秘的黑洞 

 

黑洞如此神秘,令人遐想联翩 

黑洞也许是宇宙中最迷人的一种存在,它像是一个不知通往何处的又长又黑的隧道(或巨型垃圾处理站),又像一个脾气暴躁的“巨型怪兽”,靠近它的任何物体(甚至连光)——都无法逃脱被吞噬的命运,进入黑洞的物体,(大部分)都会被“吃掉”,再也出不来了。然而近日英国皇家天文学会称,在离地球2000多万光年的地方,一个星系中央的超大质量黑洞发生“消化不良”,打着“饱嗝”向星际空间喷出一大堆物质,可见“贪婪”的黑洞也有“吃撑”的时候。而“慧眼”通过对宇宙的探测,获得时刻改变的观测数据,将为我们揭开神秘黑洞的“真面目”。

探索航天器的自主导航技术和原理 

 

“慧眼”通过探索X射线脉冲星进行航天器的自主导航 

在移动互联网时代,人们的出行日益依赖卫星导航,GPS导航家喻户晓,北斗导航也日益完善,可是你听说过脉冲星导航吗?没错,就是离我们千万光年之遥的脉冲星!它们虽然离我们很遥远,但是如果科学地利用它们,便可以实现给人造地球卫星和宇宙飞船提供导航,甚至开启人类的星际之旅。脉冲星导航技术若是探究成功了,我们的航天器将不再需要由人来照料,因为我们对表的时间是脉冲星时间呀!我们的“慧眼”将通过探索利用X射线脉冲星来进行航天器自主导航的技术和原理。

 03 在“慧眼”到岗之前,我国已有三颗卫星成功升空

暗物质粒子探测卫星——“悟空” 

 

暗物质粒子探测卫星“悟空” 

从上世纪30年代起,天文学家就从观测中陆续找到了一些证据,暗示宇宙中物质的质量远远大于所有可见物质的总和,比如,他们发现银河系里千千万万颗恒星的运动速度大于预期;再比如,星系团之类的庞大天体能够弯曲星光,扭曲并放大背后更遥远星系的影像;于是,天文学家假设宇宙中存在一类看不见的物质,并称它们为暗物质,结合现有的天文观测证据,天文学家普遍相信,宇宙中暗物质的质量大约是普通物质的5.5倍。我国在2015年12月17日发射的暗物质粒子探测卫星——“悟空”便是用来找寻这些“大隐于市”的暗物质,捕捉这些来自神秘太空的“妖粒子”,揭开这个万古洪荒之谜的!

返回式科学实验卫星——实践十号 

 

实践十号返回式科学实验卫星 

2016年4月6日1时38分,我国首颗微重力科学实验卫星——实践十号返回式科学实验卫星在酒泉卫星发射中心发射升空,进入预定轨道运行。“实践十号卫星”通过利用中国成熟的返回式卫星技术,紧密围绕有关能源、农业和健康等领域,来促进高技术发展和基础研究取得突破。实践十号发射时搭乘了19位“乘客”,在轨期间,各项实验均按照计划有序展开,科研人员可以在卫星科学应用系统任务运行中心通过视频、图片看到各项实验的整个过程,通过获得的数据开展研究,如小鼠早期胚胎在太空中顺利完成从2细胞到胚囊的全程发育,这是世界上第一次实现哺乳动物在太空发育。“小十”在经过12天的太空旅行后携带着小鼠胚胎、蚕卵、水稻、拟南芥、果蝇、线虫等“特殊乘客”顺利返回啦!

量子科学实验卫星——“墨子号” 

 

2016年8月16日1时40分,我国在酒泉卫星发射中心成功地将世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”发射升空。“墨子号”是一颗低轨道卫星,只能在晚上进行量子通信,空间覆盖能力和应用都有限,它以量子力学基本原理为基础,被看成是可以无条件地保障通信安全的最有效方式。《金融时报》最新报导中称中国的一个城市已经成功试验了一个“不可破解”的通信网络,这一突破使我们对量子通信的研究更近一步。我们的“墨子号”既是中国首个、更是世界首个量子卫星,“墨子号”的成功发射,量子通信网络的成功试验,标志着我国在量子研究方面取得了惊人的成就!

 04 结语

“慧眼”的成功发射,填补了我国空间X射线探测卫星的空白,实现了我国天文观测由地面观测到天地联合观测的跨越,“火眼金睛”将带领我们探测宇宙、透视宇宙!

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