12月10日4時14分，我國在西昌衛星發射中心用長徵十一號固體運載火箭將引力波暴高能電磁對應體全天監測器衛星（簡稱GECAM）發射升空，兩顆衛星成功進入預定軌道。這是我國首次發射全天監測引力波電磁對應體的衛星。
GECAM衛星發射現場視頻，劉文勇 攝
GECAM由兩顆完全相同的微小衛星組成，如同「孿生兄妹」一般，科研團隊給這兩顆小衛星起了暱稱——「極目」，這也是GECAM英文的諧音。「小極」和「小目」分布於地球兩側，形成兩「極」之勢，猶如二「目」，將對黑洞、中子星等極端天體的劇烈爆發現象進行觀測。
那麼，這一對「孿生兄妹」，要怎麼才能「抓住」引力波的蛛絲馬跡？
GECAM在軌運行藝術圖，中科院高能所供圖
穿越億萬光年的引力波
人們通常所說的引力波，實際上是指引力波暴。引力波暴是指兩顆緻密星——兩顆黑洞、兩顆中子星或一顆黑洞和一顆中子星併合產生的引力波。這是一種高頻引力波，頻率一般是從幾十到一千赫茲，也是目前為止人類唯一探測到的引力波。
2016年2月，雷射幹涉引力波天文臺（LIGO）宣布人類於2015年9月14日首次探測到兩顆黑洞併合產生的引力波，開啟了「聆聽宇宙」的引力波天文學時代。
這之後，雙黑洞併合一般認為不能產生電磁對應體，也就是不發光——人類看不見它。直到2017年8月17日，LIGO和室女座引力波天文臺（Virgo）宣布人類首次探測到了雙中子星併合引力波事件，全球的很多望遠鏡首次觀測到了產生引力波天體發出的光——引力波電磁對應體。這一發現提供了全面理解引力波天體爆發過程、研究一系列基本物理規律的關鍵信息。
中科院高能所GECAM衛星系統載荷總師李新喬說，引力波和與之相伴的伽馬暴都攜帶了豐富的物理信息，穿越億萬光年，向人們展現和描繪這一重大物理事件的始末。天文學家通過多種觀測和數據分析手段對其中所攜帶的信息進行解讀，可以檢驗已有的理論模型，發展新的理論模型，從而揭示這一宇宙高能過程的內在規律。
李新喬表示，來自遙遠的高能天體源的X射線和伽馬射線雖然能量很高，但是卻被地球大氣強烈地吸收。因此，對高能天體源的探測只能在大氣層之外的宇宙空間進行。這就讓GECAM衛星有了用武之地，它可以敏銳地發現我們所看不見的X射線、伽馬射線以及高能帶電粒子。
按照他的說法，X射線和伽馬射線能段的電磁波因為能量較高，因此這個波段的電磁對應體被成為引力波高能電磁對應體。它們在雙緻密星併合之後往往最先出現，探測它們可以為其他波段進行後隨觀測提供目標位置等重要信息；同時，引力波事件的高能輻射轉瞬即逝、難以捕捉，蘊含引力波源的重要信息，對其進行高靈敏度的全天監測顯得尤為重要。
雙星聯合實現全時全天「追捕」
2016年3月，中科院高能所提出了引力波暴高能電磁對應體全天監測器項目概念，就是為了捕捉轉瞬即逝的引力波高能電磁對應體，抓住引力波天文學時代的重要研究機遇。
據中科院高能所GECAM衛星科學應用系統副總師鄭世界介紹，GECAM任務包含兩顆微小衛星，每顆由有效載荷（也就是科學儀器）和衛星平臺組成。
具體來看，GECAM衛星軌道高度600公裡，傾角29度。兩顆衛星運行於相同軌道面內，且軌道相位相差180°。每顆GECAM衛星可監測除了地球遮擋之外的全部天區，兩顆衛星聯合可形成對全天完整監測。
GECAM卡通圖，中科院高能所供圖
「對於單顆處於近地軌道的天文衛星來說，即使衛星上的探測器視場覆蓋所有方向，地球也會遮擋大約三分之一的天空。」李新喬說，因此，單顆近地衛星無法實現全天區的實時觀測。
相比之下，GECAM採取雙星聯合的方式。兩顆全同的GECAM衛星在軌飛行時均背向地球，它們和地心始終保持三點一線。每顆GECAM衛星的視場可以覆蓋除地球遮擋視場之外的所有天區，這樣就實現了全時全天的視場覆蓋。
「對於轉瞬即逝的引力波高能電磁對應體，GECAM衛星也能毫不費力地捕捉到，而且能利用新型實時下傳系統，引導各類觀測設備進行後隨觀測。」鄭世界說，GECAM衛星在監測天區範圍、能區覆蓋、探測靈敏度和定位精度等指標方面相對於國際上其他衛星具有顯著的綜合優勢，預期將發現最大樣本的引力波伽馬暴和新型引力波電磁對應體，探索河外快速射電暴的產生原因，發現一批特殊伽馬暴，監測一批磁星的完整爆發過程，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還將觀測快速射電暴高能輻射、高能中微子伴隨的高能輻射並探測其它類型的伽馬射線暴、磁星爆發、太陽耀斑和地球伽馬閃等，進一步研究其物理機制。
衛星載荷研製團隊平均年齡35歲
李新喬說，GECAM衛星於2018年底正式批覆立項；自立項批覆至發射僅兩年時間，研製周期短，任務重、難度大；衛星載荷研製團隊平均年齡35歲，但工程經驗豐富。
據他介紹，在原本緊張而有限的研製時間裡，研製團隊還遇上了突發的新冠疫情，載荷研製人員赴異地測試需隔離、外協單位生產受嚴重影響、無法面對面開協調會議……這些無疑都給團隊製造了空前的困難，打亂了原本緊張有序的工作節奏。
李新喬說，作為中科院粒子天體物理重點實驗室的重要項目，實驗室加派了各方人手，研製人員一起忘我工作，克服了載荷研製和疫情帶來的重重困難，團結一致，加班加點，幾乎沒有休過周末和假期，終於不負眾望按照技術指標和計劃進度完成了任務。
「此次發射的GECAM衛星，將成為幾年之內在軌運行的監測伽馬暴靈敏度最高的天文衛星。」李新喬說，看得寬、看得遠、看得清離不開高科技的「眼睛」，GECAM的每一隻「眼睛」都晶瑩剔透，經過了研製人員的精雕細琢，練就「火眼金睛」。
GECAM衛星載荷力學試驗現場圖，中科院高能所供圖
過去幾年，暗物質粒子探測衛星「悟空」、實踐十號返回式科學實驗衛星、量子科學實驗衛星「墨子」、硬X射線調製望遠鏡衛星「慧眼」……這些中科院空間科學先導專項一期的首批衛星，給人們帶來一個又一個科學發現。
2019年8月31日，中科院空間科學先導專項二期首顆技術驗證衛星——微重力技術實驗衛星「太極一號」成功發射，邁出我國空間引力波探測奠基性的第一步。
記者了解到，除「太極一號」和GECAM衛星外，中科院專項二期還部署了先進天基太陽天文臺、愛因斯坦探針和太陽風-磁層相互作用全景成像衛星等空間科學衛星計劃，將在未來3至4年內陸續發射，有望在太陽爆發活動、時域天文學、日地關係等方面取得重大原創性成果。
（來源：中國青年報）