在以習(xí)近平同志為核心的黨中央堅(jiān)強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)下,，在全國科技界和社會(huì)各界共同努力下,，我國科技實(shí)力正在從量的積累邁向質(zhì)的飛躍,、從點(diǎn)的突破邁向系統(tǒng)能力提升,，科技創(chuàng)新取得新的歷史性成就,?；A(chǔ)研究和原始創(chuàng)新取得重要進(jìn)展,，戰(zhàn)略高技術(shù)領(lǐng)域取得新跨越,，高端產(chǎn)業(yè)取得新突破……一系列重大成果彰顯我國自主創(chuàng)新事業(yè)大有可為,，科技自立自強(qiáng)成就非凡,。

本版今起推出“為這些科技突破點(diǎn)贊”系列報(bào)道，和讀者一道近距離了解近年來我國科技重大成果,，見證中國邁向高水平科技自立自強(qiáng)的生動(dòng)實(shí)踐,。

——編 者

認(rèn)證磁星為宇宙神秘天文現(xiàn)象快速射電暴的一種起源；首次觀測(cè)到黑洞雙星爆發(fā)過程全景,；完整探測(cè)到第24太陽活動(dòng)周最大耀斑的高能輻射過程……今年以來,，中國“慧眼”衛(wèi)星的研究成果,，頻頻在國際天文學(xué)界引起轟動(dòng)。

好成績的背后是“硬實(shí)力”,?！盎垩邸毙l(wèi)星全稱“慧眼”硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡，是我國第一顆空間X射線天文衛(wèi)星,。與國外同類衛(wèi)星相比,，它具有覆蓋能段寬、在高能X射線能段的有效面積大,、時(shí)間分辨率高,、有效工作時(shí)間占比高等優(yōu)點(diǎn)。正因如此,，在4年運(yùn)行期間,，“慧眼”衛(wèi)星精準(zhǔn)捕捉到宇宙中眾多精彩瞬間和神秘現(xiàn)象，幫助人類更加深入了解宇宙奧秘,。

通過望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星在空間軌道捕捉X射線,，成為各國科學(xué)家競(jìng)相追逐的目標(biāo)

X射線，對(duì)人們來說并不陌生,。在醫(yī)院拍攝透視片,，或在公共場(chǎng)合接受安全檢查時(shí)，我們通常都會(huì)直接接觸到X射線,。波長0.1至10納米的X射線稱為軟X射線,，其能量相對(duì)較低；波長在0.01至0.1納米之間的X射線稱為硬X射線,，其能量相對(duì)較高,，穿透性也較強(qiáng)。

宇宙中很多極端天體物理過程都會(huì)產(chǎn)生并發(fā)射強(qiáng)烈X射線,。中科院高能物理研究所粒子天體物理中心主任,、“慧眼”衛(wèi)星首席科學(xué)家張雙南說：“比如，中子星和黑洞吸積物質(zhì)的過程,，超新星爆發(fā)和伽馬射線暴的激波和噴流,，還有高能帶電粒子在磁場(chǎng)中的輻射以及和低能光子的作用、中子星的表面等,，也會(huì)產(chǎn)生豐富的X射線,。”

由于宇宙中許多天體都輻射X射線,，因此探測(cè)宇宙中的X射線對(duì)探索宇宙奧秘具有重要意義,。

“各種天體的性質(zhì)和特點(diǎn)不同，它們所輻射的X射線也不同,。人類可以利用這一特性,，通過觀測(cè)這些天體發(fā)出的X射線,，來分析它們的類型和特征，從而更詳細(xì)地了解宇宙,?！睆堧p南說。

然而,，X射線極易被介質(zhì)吸收,，穿越地球大氣層時(shí)會(huì)嚴(yán)重衰減，在地面上根本無法對(duì)其進(jìn)行觀測(cè),。因此,，通過望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星在空間軌道捕捉X射線特別是硬X射線，就成為各國科學(xué)家競(jìng)相追逐的目標(biāo),。

1999年,，美國發(fā)射了錢德拉X射線天文臺(tái)，歐洲發(fā)射了XMM—牛頓衛(wèi)星,，成為世界X射線天文學(xué)時(shí)代開啟的標(biāo)志性事件,。那時(shí)，中國的硬X射線衛(wèi)星研制尚屬空白,。但中國科學(xué)家們?cè)诖祟I(lǐng)域的探索和研究一直在進(jìn)行。

對(duì)于硬X射線,，國際上的普遍辦法之一是采用準(zhǔn)直型望遠(yuǎn)鏡對(duì)其進(jìn)行探測(cè),。但是，準(zhǔn)直型望遠(yuǎn)鏡的缺點(diǎn)在于它會(huì)損失很多探測(cè)光子的信息,，從而導(dǎo)致探測(cè)結(jié)果對(duì)有些研究的精度較低,。早在1993年，中國科學(xué)院院士,、中科院高能物理研究所研究員李惕碚提出基于直接解調(diào)方法的硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡的設(shè)想,。

張雙南說：“當(dāng)時(shí)，李院士原創(chuàng)性地提出了用非線性數(shù)學(xué)手段,，直接對(duì)探測(cè)器陣列的掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行求解成像,，這一直接解調(diào)法能夠使非成像探測(cè)器實(shí)現(xiàn)成像?！?/span>

2011年3月,，硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星工程通過國家批復(fù)，正式立項(xiàng),。

“慧眼”衛(wèi)星不僅“看”得勤,，還“看”得清，可以全天時(shí)接收來自宇宙的“訊息”

2017年6月15日,，我國首顆X射線天文衛(wèi)星“慧眼”在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心順利發(fā)射升空,。在衛(wèi)星升空24小時(shí)后,，地面工作人員就收到了它傳送回來的首批數(shù)據(jù)，經(jīng)驗(yàn)證,，數(shù)據(jù)質(zhì)量良好,。

“慧眼”衛(wèi)星能夠如此迅速而高效展開科學(xué)觀測(cè)工作，與它的獨(dú)特設(shè)計(jì)密不可分,?！盎垩邸毙l(wèi)星的設(shè)計(jì)壽命是4年，質(zhì)量2496千克,。本體呈立方體構(gòu)型,，由服務(wù)艙、載荷艙,、太陽翼等構(gòu)成,，主要工作模式包括巡天觀測(cè)、定點(diǎn)觀測(cè)和小天區(qū)掃描模式,。

因?yàn)?/span>“慧眼”衛(wèi)星具有復(fù)雜的熱控保障,、對(duì)地測(cè)控與數(shù)傳保障以及載荷長期工作下的能源保障能力，可以全天時(shí)接收來自宇宙的“訊息”,。

“慧眼”衛(wèi)星不僅“看”得勤,，還“看”得清。

“與國外已經(jīng)發(fā)射的很多X射線天文衛(wèi)星相比,，‘慧眼’是世界上探測(cè)能區(qū)覆蓋范圍最廣的天文望遠(yuǎn)鏡之一,，可以進(jìn)行很寬譜段的X射線和伽馬射線觀測(cè)?！睆堧p南說,，“‘慧眼’在百萬電子伏特能區(qū)監(jiān)測(cè)伽馬射線暴的有效觀測(cè)面積，相比以往的設(shè)備可提高數(shù)倍,。由于引力波暴也可能產(chǎn)生伽馬射線暴,，‘慧眼’在搜尋引力波電磁對(duì)應(yīng)體方面，也具有重要意義和明顯的國際競(jìng)爭(zhēng)力,?！?/span>

讓“慧眼”衛(wèi)星“眼界大開”的，是裝載在它身體里的高能,、中能,、低能X射線望遠(yuǎn)鏡和空間環(huán)境監(jiān)測(cè)器等4個(gè)探測(cè)有效載荷。它們可觀測(cè)1至250keV(千電子伏特)能量范圍的X射線和監(jiān)測(cè)200至3MeV(百萬電子伏特)能量范圍的伽馬射線,。這些“法寶”讓“慧眼”衛(wèi)星不僅能將宇宙事件從發(fā)生,、發(fā)展到結(jié)束全過程的壯麗景象盡收眼底，還可看到這些景象出現(xiàn)時(shí)的時(shí)變過程是怎樣的,，相比國際上同類衛(wèi)星,，有更高的時(shí)間分辨率,。

此外，工作模式多,、平臺(tái)高可靠等優(yōu)點(diǎn),，讓“慧眼”衛(wèi)星在復(fù)雜的空間環(huán)境中能可靠地完成觀測(cè)、數(shù)據(jù)星上存貯和及時(shí)下傳等工作,，保證任務(wù)順利實(shí)施,。

“慧眼”衛(wèi)星運(yùn)行已4年，狀態(tài)良好,，各項(xiàng)指標(biāo)正常,，取得一系列重大科學(xué)成果

令人驚奇的是，“慧眼”衛(wèi)星在天上運(yùn)行僅兩個(gè)月,，就利用新開發(fā)的科學(xué)能力有了重大發(fā)現(xiàn),。

2017年8月17日，美國激光干涉引力波天文臺(tái)和室女座引力波天文臺(tái)首次發(fā)現(xiàn)雙中子星并合引力波事件,，國際引力波電磁對(duì)應(yīng)體觀測(cè)聯(lián)盟發(fā)現(xiàn)了該引力波事件的電磁對(duì)應(yīng)體,。當(dāng)天，中國“慧眼”衛(wèi)星對(duì)這次引力波事件發(fā)生也進(jìn)行了成功監(jiān)測(cè),。

中科院高能物理研究所副研究員熊少林說：“‘慧眼’衛(wèi)星在引力波事件發(fā)生時(shí)成功監(jiān)測(cè)了引力波源所在的天區(qū),，對(duì)其伽馬射線電磁對(duì)應(yīng)體在高能區(qū)的輻射性質(zhì)給出了嚴(yán)格的限制?！?/span>

科學(xué)家介紹,，“慧眼”衛(wèi)星以合作組形式加入了報(bào)告該次歷史性發(fā)現(xiàn)的論文，在論文的正文部分報(bào)告了觀測(cè)結(jié)果,，為全面理解該引力波事件和引力波閃的物理機(jī)制作出了重要貢獻(xiàn)。

此后,，“慧眼”衛(wèi)星又陸續(xù)取得一系列重大科學(xué)成果,，包括直接測(cè)量到宇宙最強(qiáng)磁場(chǎng)、高精度實(shí)現(xiàn)了脈沖星導(dǎo)航的在軌驗(yàn)證,、發(fā)現(xiàn)距離黑洞最近的相對(duì)論噴流,、發(fā)現(xiàn)逃離黑洞的高速等離子體、發(fā)現(xiàn)并證認(rèn)首例和快速射電暴同時(shí)發(fā)生并且來自于磁星(磁場(chǎng)極強(qiáng)的中子星)的X射線暴……

最近,，“慧眼”衛(wèi)星又首次清晰觀測(cè)到了黑洞雙星爆發(fā)過程的全景,，揭示了黑洞雙星爆發(fā)標(biāo)準(zhǔn)圖像的產(chǎn)生機(jī)制；完整探測(cè)到了第24太陽活動(dòng)周最大耀斑的高能輻射過程,，獲得了耀斑過程中非熱電子的譜指數(shù)演化,，為理解太陽高能輻射隨時(shí)間演化提供了新的觀測(cè)結(jié)果等。

截至2021年8月,，“慧眼”衛(wèi)星已在軌運(yùn)行約4年零2個(gè)月,，科研人員在此期間已經(jīng)投稿和發(fā)表了超過80篇學(xué)術(shù)論文,。

張雙南說：“目前，‘慧眼’衛(wèi)星雖然已經(jīng)超過了其設(shè)計(jì)壽命,，但運(yùn)行狀態(tài)良好,，各項(xiàng)指標(biāo)正常，期待接下來它能夠有更新的發(fā)現(xiàn),?！?/span>

張雙南還透露，“慧眼”衛(wèi)星的“繼任者”——中國領(lǐng)導(dǎo)的大型國際合作空間項(xiàng)目“增強(qiáng)型X射線時(shí)變與偏振空間天文臺(tái)”已進(jìn)入方案設(shè)計(jì)階段,。研制成功后,，它將成為2027年后國際領(lǐng)先的旗艦級(jí)空間X射線天文臺(tái)，其綜合性能相比國際同類衛(wèi)星有一個(gè)數(shù)量級(jí)以上的提升,，將把中國的空間高能天文研究帶入更高水平,，將在探索極端宇宙中有更多更重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。