“极目”远眺引力波

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  12月10日凌晨,昵称为“极目”的“引力波暴高能电磁对应体全天监测器”(以下简称GECAM)在西昌卫星发射中心发射成功。该卫星载荷总师李新乔介绍,“极目”将是几年之内在轨运行的伽马暴探测灵敏度最高的天文卫星,也是对磁星爆发、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。那么,这颗科学卫星要去看什么?又有什么超凡本领?

  高精度及时“捕捉”引力波暴

  “极目”将到天上去捕捉引力波伽马暴等高能天体爆发现象,从而研究黑洞、中子星等致密天体的形成和演化,以及双致密星并合之谜。此外,“极目”还将探测太阳耀斑、地球伽马闪和空间粒子事件高能辐射现象,为进一步研究其物理机制提供科学观测数据。

  引力波伽马暴是其中最重要的科学探测目标。引力波是引力引起的时空扰动,但是地面引力波探测设备的空间定位精度不高。GECAM载荷总师李新乔说:“实际上,引力波探测器所能提供的典型定位误差有几百平方度。这使得其他波段望远镜的后随观测受到了极大影响——即使再对引力波事件发生的距离进行一定程度的限制,在这么大范围内寻找与之对应的电磁信号源,对于以角分乃至角秒精度开展观测的望远镜来说无异于大海捞针。”

  因此,科学家需要一台能够及时以较高精度给出引力波暴发生方位的卫星——GECAM卫星应运而生。李新乔介绍:“GECAM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位信息,把地面引力波探测设备定位的几十到上百平方度范围缩小到平方度量级。这将有助于空间及地面其他波段的观测设备更好地确定其对应天体源,并开展后随观测。”

  永不见面的“孪生兄妹”

  GECAM科学应用系统副总师郑世界介绍,“极目”的两颗卫星上天后会逐渐分开,分处于地球的两端,与地心始终保持三点一线,相互之间没有直接通信,成为一对永不再见面的“孪生兄妹”。

  郑世界说:“即使两颗卫星看到了同一个爆发,也只能向地面报告自己的结果,却不知道自己的‘哥哥’或‘妹妹’是否也看到了。在地面上,我们可以清晰地掌握两颗卫星的观测情况,就可以做更精确的分析。如果两颗卫星看到了同一个爆发,有了更多的探测数据,相当于我们的探测器增大了。想象一下,探测器的面积变为原来的两倍,其探测灵敏度会提高1.4倍,其定位误差也会大大减小。另外,利用李惕碚院士提出的MCCF(改进的交叉相关)算法,我们可以通过测量GECAM两颗星探测的时间延迟情况来对该对应体给出更精确的定位。”

  除此之外,两颗卫星上都安装了多只灵敏的“眼睛”——伽马射线探测器,这些探测器让“极目”实现了全时全天的视场覆盖,能够看得广、看得多。不仅如此,这颗卫星的“视力”也不错,李新乔说:“GECAM卫星选择了相对较小的29度倾角,约600千米高的圆轨道,这样可以较好地避开地球辐射带和南大西洋异常区等背景信号过高的区域。同时,GECAM卫星载荷探测器自身产生的背景信号也保持在较低水平。加之单颗卫星探测器的总探测面积超过了1100平方厘米,保证了其对弱天体源光子信号的收集和探测能力。”

  发射成功只是科学卫星成功的第一步,收集数据才是接下来的重头戏。期待“极目”能在太空有更丰富的收获,助力我国科学家取得更多重大原创性成果。

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