終于，浩瀚宇宙架起了一臺屬于中國人自己的大型天文望遠(yuǎn)鏡。
6月15日，我國第一顆X射線天文衛(wèi)星“慧眼”乘坐長征四號乙型火箭飛向蒼穹，成功躋身太空觀察員俱樂部，與蜚聲國際的“哈勃”“錢德拉”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，我國在空間高能天體物理領(lǐng)域長期沒有自主觀測數(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)的各類天體在太空這個大舞臺上無時(shí)無刻不上演著一幕幕“太空舞臺劇”。唯獨(dú)少了的，是來自中國的“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，該衛(wèi)星填補(bǔ)了我國空間X射線天文衛(wèi)星研制的空白，實(shí)現(xiàn)了我國天文觀測由地面觀測到天地聯(lián)合觀測的跨越，鑄就了我國天文學(xué)發(fā)展史上的里程碑。
黑洞、中子星，以及宇宙演化的奧秘，中國人來了。
望遠(yuǎn)鏡：搬到太空更近距離觀察
早在幾千年前，人類就開始用肉眼觀測星空，試圖找出它們的運(yùn)行規(guī)律，中國古人“觀天授時(shí)”確定二十四節(jié)氣就是一個典型的例子。后來，人類又發(fā)明了各類天文儀器，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：一種被稱作“地基觀測”，即在我們所熟知的地球上建立天文臺，通過各種天文望遠(yuǎn)鏡，針對可觀測到的天體進(jìn)行長時(shí)間的監(jiān)測，以獲取各種觀測數(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，還是我國最大的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡LAMOST，都屬于這一類。
另一種被稱作“軌道觀測”，或空間天文探測，也就是發(fā)射天文衛(wèi)星，到太空特定軌道，在空間開展天文探測。目前少數(shù)國家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了這種觀測手段，這其中最知名的，就屬美國的空間望遠(yuǎn)鏡“哈勃”。
如今發(fā)射升空的“慧眼”，就屬于后者。“慧眼”全稱硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星，馬世俊說，作為我國首個空間X射線天文衛(wèi)星，該衛(wèi)星承載著我國高能物理學(xué)界與天文學(xué)界眾多科學(xué)家多年的夢想，科技人員將借助這顆望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星對宇宙中各類硬X射線進(jìn)行近距離觀察。
那么，為何不在地面上觀測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、中國科學(xué)院高能物理研究所研究員張雙南說，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)榈厍虼髿鈱射線是“不透明的”，后者在穿越地球大氣層時(shí)會出現(xiàn)嚴(yán)重衰減，地面觀測的準(zhǔn)確性、全面性會大打折扣。
相應(yīng)地，“只有在太空進(jìn)行觀測，才有可能探測到來自天體的X射線”。
他告訴記者，1999年美國發(fā)射的錢德拉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)最主要的觀測設(shè)備，開啟了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：勾畫黑洞等天體輪廓
一個緊接著的問題是，為何要探測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)場過安檢，采用的都是這種X射線——一種波長小于1納米的電磁波。
不過鮮為人知的是，這種射線還是外太空的“常客”——
一個質(zhì)量大于8個太陽的恒星，可能會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程中，中子星和黑洞就會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、黑洞等都會射出X射線。如果可以接收到這些射線加以分析，就能勾畫出這些天體的輪廓，對人類探索太空具有重要意義。
以黑洞為例，從1964年美國探空火箭所攜帶的探測器發(fā)現(xiàn)第一個黑洞——天鵝座X-1，到2014年美國科幻大片《星際穿越》形象描繪黑洞模樣。黑洞，這個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多年過去了，人類對黑洞的探索仍然處于初始階段。宋黎明說，這也是為何科學(xué)家還要探測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X射線的觀測，比如我們熟知的“哈勃”，就無法觀測X射線，這個有些“顏控”的空間望遠(yuǎn)鏡，只能觀測太空中的可見光波段，“用它明亮的大眼睛觀測著星際間的美好”。
航天科技集團(tuán)五院西安分院主管遙感數(shù)據(jù)傳輸類衛(wèi)星研制的副院長楊毅說，可見光波長范圍在390~780納米，而X射線波長范圍是0.01~10納米，其波長比可見光波長小得多，必須用專門的X射線望遠(yuǎn)鏡才能觀測。
遺憾的是，在中國之前，人類“甩”向太空的天文望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星，只能看到波長在0.1~10納米的X射線，即所謂的“軟X射線”，而對于能量較高，波長在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”。自然，也將失去很多“太空舞臺劇”的細(xì)節(jié)和精彩。
相應(yīng)地，中國“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，則是這場舞臺劇的前排“VIP觀眾”，有望發(fā)現(xiàn)黑洞和未知類型天體。
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射線漂洋過海來到地球附近，就會被“慧眼”衛(wèi)星觀測到。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)用的同類探測器中探測面積最大的一個，可以對整個X射線譜段進(jìn)行探測——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，開展全譜段探測，甚至連暗、弱天體目標(biāo)也逃不出它的“法眼”。
可以說，“慧眼”能將宇宙事件的發(fā)生、發(fā)展到結(jié)束的全過程盡收眼底。根據(jù)張雙南預(yù)期，該衛(wèi)星在軌運(yùn)行期間可能會有三個發(fā)現(xiàn)——
一是對銀河系巡天的工作，“對有些源要進(jìn)行監(jiān)測性觀測，也就是要反復(fù)地看，看它有沒有變化”，可能會發(fā)現(xiàn)一批以黑洞和中子星為主的新的天體源。
二是會對一批比較亮的中子星和黑洞做定點(diǎn)觀測，“一次看很長時(shí)間，積累足夠統(tǒng)計(jì)意義的數(shù)據(jù)”，有可能對于中子星和黑洞的性質(zhì)，如中子星的磁場、質(zhì)量，黑洞的質(zhì)量、自轉(zhuǎn)等，給出新的測量結(jié)果，了解他們?yōu)槭裁从懈鞣N各樣的活動性。
三是每年可能會發(fā)現(xiàn)幾十個到上百個伽馬射線暴，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，這個時(shí)候我們就會中斷常規(guī)任務(wù)，去對這些目標(biāo)進(jìn)行比較詳細(xì)的觀測。”張雙南說。
不過，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)鏡或地面觀測站來看，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)，從來都沒有出現(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。
如今中國這個被寄予厚望的望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星被命名為“慧眼”，有兩個理由，一個是遂了該衛(wèi)星科學(xué)家團(tuán)隊(duì)的心愿，用來紀(jì)念我國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’，能穿過星際物質(zhì)的遮擋發(fā)現(xiàn)黑洞。”張雙南說。記者 邱晨輝 通訊員 張昊 王同心