全球最靈敏的引力波伽馬射線暴對應體衛星——極目衛星結構簡析

2020-12-23 星宇飄零

本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。

上一篇文章《全球最靈敏,我國的引力波暴高能電磁對應體天文預警衛星能幹啥?》裡,我介紹了我國最近發射的引力波暴高能電磁對應體全天監測器衛星(GECAM極目衛星)在天文學上的重要作用,如果沒有看上一篇文章的同學,可以看完這篇文章再點上面書名號內的標題查看。(兩篇文章先看哪篇都不影響閱讀和理解^_^)這篇我們來簡單了解一下這對史上顏值最高的天文衛星的結構。

高顏值,有實力的極目雙衛星結構簡析

先來看看我們超高顏值的極目衛星吧(^_^)。

對比一下,前面(上一篇文章中)的費米伽馬射線空間望遠鏡是不是土得掉渣?其實在天文觀測衛星裡,費米伽馬射線空間望遠鏡的外觀是很中規中矩的,極目衛星的大師兄,我國此前發射的慧眼硬X射線調製望遠鏡(HXMT)的樣子跟費米伽馬射線空間望遠鏡也差不多(下圖)。所以不是它們太難看,而是極目太好看了!

那我們來看看在超高顏值下,極目衛星是如何做到全球最靈敏的!

為了實現全天候無死角監測,極目的探測裝置被設計成昆蟲的複眼形式,因此它觀測的平面角度就大於180度,這樣,當兩顆衛星分別處在地球兩端時,它們的觀測範圍就完全沒有盲點了。

如上圖所見,每個衛星的「複眼」上安裝了25個伽馬射線探測器和8個荷電粒子探測器,伽馬射線探測器不需要多做介紹,看名字就知道它是用來探測伽馬射線的,那麼荷電粒子探測器又是幹啥的呢?對天文或物理稍有了解的同學一定已經猜到了:用來探測帶電粒子。比如我們最熟悉的太陽風,就是太陽磁場吹出的帶電粒子流,而在宇宙中,諸如黑洞和中子星噴流、磁星磁暴等,都能產生高強度的帶電粒子流。

那它是用來監測太陽活動和荷電粒子暴的嗎?雖然它確實能完成這樣的任務,但它的設計卻不是為了這個。我們知道目前的科學儀器都是電子元件,而極目上的25個伽馬射線探測器上面的感光元件(光電敏感器)跟我們手機的攝像頭一樣,都是通過光子撞擊感光元件產生電信號,雖然從伽馬射線到極目的感光元件——光電敏感器能識別的光子需要通過一系列轉化,不過最終的結果都是光子在光電敏感器上產生電信號。然而問題來了,帶電粒子本身無需轉化也能直接在光電敏感器上產生電信號,那怎麼區分這些電信號是帶電粒子產生的還是伽馬射線轉化後產生的呢?

這時荷電粒子探測器就派上用場了,它能探測出帶電粒子暴,但探測不到伽馬射線暴,這樣,只要伽馬射線探測器響應而荷電粒子探測器不響應的信號就是伽馬射線暴信號了。

寫在最後

很多人看到我國在科研領域的投入,使一些科研項目取得舉世矚目的成就時,會由衷的自豪,但也有部分人會冷靜思考:這對我們有什麼用?確實,有很多的科研項目雖然說我們能做到世界第一,比如這次的極目衛星,比如之前的天眼射電望遠鏡,但這些天文利器似乎離我們的生活都太遠了。但其實,這除了為世界天文學做貢獻以外,在科研人員的研發製造過程中,積累的先進技術最終會造福我們的是社會、生活。比如天眼製造時所攻克的鋼纜抗疲勞技術就已經應用到橋梁建造中,全球最長的跨海大橋——港珠澳大橋就使用了這種技術。相信以後,會有越來越多的這類高精尖技術會應用到我們的生活中,讓我們的生活變得更美好!

你認為我們應該在這些遠離我們生活的科研項目上投入嗎?請說出你的想法和見解。

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    但需要說明的是,極目衛星並不能直接探測引力波,而是探測與引力波事件幾乎同時產生的高能電磁波信號。自然它的兩顆衛星也並非為了探測到兩個垂直方向的時空漣漪,而是為了實現全天候觀測的需要。火眼金睛——極目衛星既然不是用來探測引力波的,那它們究竟能幹啥?
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    對於這類伴隨了伽馬射線暴的引力波事件,如果能綜合利用各種觀測手段對其進行觀測,對研究其內在的物理規律是非常重要的。 ,能夠隨時捕捉任何方向上的伽馬射線暴。同時,衛星上還設計了8個用於鑑別空間荷電粒子暴的荷電粒子探測器,這種探測器因其靈敏材料只對荷電粒子敏感,而對X射線和伽馬射線不敏感,利用其這一性質可以十分有效地排除荷電粒子的幹擾。 除了讓任何方向上來的伽馬射線暴都無所遁形的銳利眼睛,衛星有效載荷還被賦予了非常聰明的「大腦」。利用這個大腦,在看到和識別出伽馬射線暴後,立刻就能計算出伽馬射線暴的強度和發生的方位。
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  • 科學家或觀察到迄今最古老伽馬射線暴
    記者從北京大學科維理天文研究所江林華研究員團隊獲悉,由其領銜的國際科研團隊探測到134億光年外星系GN-z11的光譜,證實了該星係為人類迄今發現最遙遠天體。團隊同時還捕捉到來自該星系持續數分鐘的爆發信號,疑似與星系中一個伽馬射線暴有關。
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    因此,後隨觀測亟需有一臺能夠及時以較高精度給出引力波暴發生方向的衛星,GECAM項目正是在這種背景下應運而生,其「極目」雙星可對和引力波暴幾乎同時發生的同源伽馬暴的能譜與光變進行連續高精度觀測,研究高密度、強引力場、強磁場等極端條件下的高能輻射過程,並且可給出比地面引力波設備精度高出一個量級以上的引力波事件的方向定位信息。
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  • 如果一束伽馬射線暴,擊中地球!人類又會怎麼樣?
    首先我們來了解什麼是伽馬射線暴?伽馬射線暴是宇宙中最可怕的一種爆發,它是由大質量恆星在死亡時爆發出的巨大能量,或者是兩個中子星互相旋轉逐漸的靠近,最終發生碰撞!而產生的。伽馬射線暴在宇宙中,也是常見的一種能量釋放,科學家猜測在4.4億年前奧陶紀生物大滅絕就是因為伽馬射線暴所導致的,我們目前還不知道地球是否被伽馬射線暴擊中,但我們知道被伽馬射線暴擊中,所有生物都將面臨毀滅性的打擊。如果地球被伽馬射線暴擊中會怎麼樣?
  • 伽馬射線有多恐怖?
    在天文學中,伽馬射線爆發又叫伽馬射線暴,那麼什麼是伽馬射線暴呢?它又來自何方呢?它的能量又究竟有多恐怖呢?冷戰時期,美國發明了一系列的軍事衛星來監測全球的核爆炸試驗,在這些衛星上安裝有伽馬射線探測器,用於監測伽馬射線爆發所產生的大量高能射線。
  • 伽馬射線
    伽馬射線是頻率高於1.5 千億億 赫茲的電磁波光子。伽馬射線不具有電荷及靜質量,故具有較α粒子及β粒子弱之電離能力。伽馬射線具有極強之穿透能力及帶有高能量。伽馬射線可被高原子數之原子核阻停,例如鉛或乏鈾。
  • 「極目」空間科學衛星的成功發射與黑洞的研究有重要意義
    北京時間12月10日凌晨4點14分,名叫「極目」的兩顆空間科學衛星以一箭雙星的方式於西昌衛星發射中心發射成功。極目衛星那麼,你可能會問:「極目」衛星是什麼,有什麼意義?那麼,讓小編來為您一一解答。首先,「極目」衛星的實際名稱叫「引力波暴高能電磁對應體全天監測器」。「極目」是科研人員對兩顆衛星的暱稱,一顆叫「小極」,一顆叫「小目」。發射該類型的衛星還是我國首次。這兩顆衛星都是近地軌道衛星,由於一顆近地軌道的衛星不足以實現全天候所有區域的實時觀測,因而需要採用兩顆衛星聯合。
  • 伽馬射線暴的發現,宇宙裡最可怕的災難,竟能夠直接蒸發一個星系
    在宇宙裡,有許多現象非常奇特,也異常暴烈,其中最有名、最神秘,也最暴烈的就是伽馬射線伽馬射線是一種波長比X射線還短的電磁波,它的波長只有0.001納米(1納米是109米),這是種貫穿力極強、殺傷力也極大的射線,如圖1所示。
  • 科學家或觀察到迄今最古老伽馬射線暴,對理解宇宙早期星系和恆星...
    記者從北京大學科維理天文研究所江林華研究員團隊獲悉,由其領銜的國際科研團隊探測到134億光年外星系GN-z11的光譜,證實了該星係為人類迄今發現最遙遠天體。團隊同時還捕捉到來自該星系持續數分鐘的爆發信號,疑似與星系中一個伽馬射線暴有關。
  • 追逐引力波之光 「極目」科學衛星發射成功
    顧名思義,它的使命就是全天候監測引力波伽馬暴,尋找引力波之光。 所謂引力波,其實是物質和能量的劇烈運動和變化所產生的一種物質波。如果以水面來比喻時空,那麼引力波就可以看作是時空的漣漪。愛因斯坦一個世紀前基於廣義相對論預言了引力波的存在。
  • 我國「一箭雙星」再次發射成功 衛星命名為「懷柔一號」
    ▲ 長十一火箭點火升空 據悉,「懷柔一號」科學衛星將全天監測引力波伽馬暴、快速射電暴高能輻射等高能天體爆發現象,推動破解黑洞它們採用共軛軌道的星座布局,將全天監測引力波伽馬暴、快速射電暴高能輻射,特殊伽馬暴和磁星爆發等高能天體爆發現象,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,衛星還將探測太陽耀斑、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。
  • 伽馬射線暴是「奧陶紀大滅絕」的主要原因之一
    什麼是伽馬射線暴巨大的恆星在生命晚期,燃料耗盡時塌縮爆炸,或者是黑洞和中子星合併產生的,伽馬射線暴是宇宙能量最大的爆炸,它爆炸產生能量比太陽光要強10億兆倍。伽瑪射線暴,第一次是在1973年發現的,過去幾十年,科學家並沒有對伽馬射線暴,為什麼有這麼大的能量作出解釋?伽瑪射線暴發生時僅持續幾秒鐘的時間,而且他並沒有什麼規律可循。
  • 科學家觀測到超強伽馬射線暴,那是什麼?聽說有可能毀滅地球?
    一對伽馬射線暴(GRB)被一個國際的天文學家小組發現了,其能量比以往觀測到的任何物質都要強大。GRB是宇宙中已知的最強的爆炸,但這些最新的觀測表明,我們以前是大大地低估了它們的真正潛力。三篇發表在《自然》雜誌上最新的論文描述了兩種全新的伽瑪射線暴——GRB190114C和GRB 180720B——這兩種射線暴都產生了高能光子——目前為止有記錄的GRB事件中能量最高的光子。
  • 監測引力波伽馬暴,這顆衛星以「懷柔」命名
    胡藍月 攝(圖片來源:中國航天科技集團)北京時間2020年12月10日4時14分,我國在西昌衛星發射中心成功發射引力波暴高能電磁對應體全天監測器衛星。這是北京懷柔綜合性國家科學中心空間科學實驗室掛牌後的首個科學衛星發射任務,該衛星也被命名為「懷柔一號」。
  • 監測引力波伽馬暴,這顆衛星以「懷柔」命名!
    胡藍月 攝(圖片來源:中國航天科技集團)圖片來源:中國科學院國家空間科學中心北京時間2020年12月10日4時14分,我國在西昌衛星發射中心成功發射引力波暴高能電磁對應體全天監測器衛星。這是北京懷柔綜合性國家科學中心空間科學實驗室掛牌後的首個科學衛星發射任務,該衛星也被命名為「懷柔一號」。