12月10日4時14分,西昌衛星發射中心,空間高能望遠鏡——引力波暴高能電磁對應體全天監測器衛星(GECAM)發射升空。
目前,搭乘著長徵十一號遙九固體運載火箭,GECAM已順利進入預定軌道,發射任務圓滿成功。
GECAM又名「極目」,由中國科學院空間科學(二期)先導專項部署,是世界首個專門用於探測引力波暴高能電磁對應體的小型空間高能望遠鏡。GECAM由「小極」和「小目」2顆微小衛星組成。抵達運行軌道後,它們將對黑洞、中子星等極端天體的劇烈爆發現象展開觀測,快速下傳、發布觀測警報,引導科學家進行後隨觀測。
「全天無死角」的監測
目前,藉助雷射幹涉引力波天文臺LIGO和引力波天文臺Virgo,人類可在地面對引力波事件進行追蹤。但是,由於地面探測設備的網絡空間定位能力有限,為了在更短時間內更精準地尋找電磁信號源,科學家把望遠鏡發射到了天上。
據GECAM衛星載荷總師李新喬介紹,GECAM衛星可對與引力波暴幾乎同時發生的同源伽馬暴的能譜和光變進行連續高精度觀測,並給出精度較高的引力波事件的方向信息,把地面觀測設備定位的幾十到上百平方度範圍縮小到平方度量級。
宇宙中許多劇烈的爆發現象都是GECAM的觀測目標,如雙緻密星併合引力波產生的高能輻射、伽馬暴、磁星爆發及快速射電暴等。
據GECAM科學應用系統副總設計師鄭世界介紹,這些爆發現象隨機出現於太空中,持續時間通常以分鐘、秒乃至毫秒計。為了捕捉這些稍縱即逝的光,GECAM的兩顆衛星背向地球,以180度相位繞地運行。它們和地心始終保持三點一線,從而實現對宇宙中爆發現象「全天無死角」的監測。
據悉,GECAM工程任務由中國科學院負責組織實施,中國科學院國家空間科學中心負責工程大總體和地面支撐系統的研製建設,中國科學院微小衛星創新研究院負責衛星系統研製,中國科學院高能物理研究所為任務科學目標提出單位,並負責衛星有效載荷、科學應用系統研製建設,中國科學院空天信息創新研究院負責科學數據的地面接收。測控系統由中國西安衛星測控中心負責。
用於這次發射任務的運載火箭由中國航天科技集團有限公司第一研究院(中國運載火箭技術研究院)研製生產。此次任務是長徵十一號固體運載火箭的第11次飛行任務。
硬核的「多目星君」
由於視場夠大,且探測靈敏度非常高,李新喬親切地把GECAM稱為「多目星君」——雖然個頭小,但它發射後,將是近幾年內國際上對伽馬暴、磁星爆發、快速射電暴等爆發事件綜合探測能力最強的衛星。
上天后,GECAM的兩顆衛星會逐漸分開,處於地球兩端,彼此間沒有直接通信。監測到同一爆發事件後,它們會各自向地面報告觀測結果。每顆衛星的總探測面積超過1000平方釐米,確保能收集並探測到弱天體源的光子信號。結合兩顆衛星的觀測情況,研究人員可以做更精確的分析。
除了看得廣,GECAM的探測靈敏度也很不錯。衛星身處600千米高的圓軌道,保持29度傾角,可以較好地避開地球輻射帶和南大西洋異常區等背景信號過高的區域。
如果兩顆衛星能同時探測到來自宇宙深處的伽馬射線暴、引力波暴等劇烈的爆發事件,通過改進的交叉相關算法,研究者可以通過測量的延遲量進一步限制爆發事件方位。
保證「三快一準」
GECAM衛星是我國首個利用星間通信鏈路開展關鍵數據實時下傳的衛星。反應快、處理快、發布快、定位準這「三快一準」是GECAM要實現的目標——觀測到伽馬暴事件後,衛星會將關鍵科學數據下傳到地面,經快速判斷確證後,向全世界發布,從而引導其他科學衛星、天文望遠鏡的後隨觀測。
GECAM衛星軌道周期是90分鐘。每顆星繞地一圈的過程中,最多約10分鐘會經過中國境內的數傳接收站下傳數據。但由於受地球自轉及衛星軌道進動的影響,可能導致最長12小時內地面無法接收觀測數據和信息。
為了確保關鍵數據及時下傳,藉助我國自主研製並建立的星間連結,GECAM能和地面的科學家團隊有機地連接起來。
衛星把重要信息傳回地面的方式類似於發簡訊,星間鏈路通過衛星無線互聯。當一次伽馬暴發生,衛星有效載荷上的伽馬射線探測器會觸發在軌定位算法,在星上進行伽馬暴定位。定位信息、光變和能譜等最為關鍵的數據會被傳遞給星間鏈路衛星網,再下傳至地面接收站,通過一系列地面鏈路,最終傳遞到中國科學院高能物理研究所的GECAM衛星科學應用系統伺服器。
GECAM的發射運行,有望推動破解黑洞、中子星等緻密天體的形成和演化,以及雙緻密星併合之謎。此外,GECAM還將探測太陽耀斑、地球伽馬閃和地球電子束等日地空間高能輻射現象,為進一步研究其物理機制提供科學觀測數據。(見習記者 任芳言)
[ 責編:趙宇豪 ]