我国多颗卫星接连刷新宇宙认知纪录

来源：光明日报

11月24日，中国科学院国家空间科学中心召开空间科学先导专项最新亮点成果发布会，集中发布了空间科学卫星任务在宇宙暂现天体、宇宙线传播、太阳爆发等领域取得的系列重大科学突破。

空间科学发展多点突破

自2011年启动实施，中国科学院空间科学先导专项已成功研制并发射“悟空”号、实践十号、“墨子号”、“慧眼号”、“太极一号”、“怀柔一号”、“夸父一号”和“天关”卫星等八项科学卫星任务，取得一系列重大原创成果，创造多项中国第一乃至世界首次。

“作为我国首个系统性支持空间科学研究的计划，专项标志着我国空间科学创新发展进入‘快车道’，实现了从‘跟跑’‘并跑’到部分领域‘领跑’的历史性跨越。”中国科学院院士、中国科学院国家空间科学中心主任、空间科学（二期）先导专项负责人王赤说。

15年来，专项集中体现了科学研究不断向“四极”方向的拓展与深化：极宏观方面，绘制出中国自主研制设备观测到的首个X射线全天天图；极微观方面，获得迄今为止世界上最精确的宇宙射线电子、质子、氦核和硼核能谱精细结构；极端条件方面，首次直接测量到宇宙最强磁场，探测到距离黑洞最近的高速喷流；极综合交叉方面，实现科学、技术、工程的高度融合发展。

在取得科学突破的同时，专项也带动了尖端有效载荷和卫星平台技术的跨越式发展。

王赤介绍，我国已突破星地光路对准等关键技术，建成国内首个国际水准的X射线标定束线，研制出在国际上领先1~2个数量级的大视场、高灵敏度龙虾眼X射线望远镜，实现卫星平台与载荷的一体化设计。

值得一提的是，专项还积极开展全方位、多层次的国际合作，开创多个国际合作新范式。“例如，‘微笑’卫星是中国科学院和欧洲空间局（以下简称‘欧空局’）首次进行任务级全方位、全周期的深度合作项目；‘天关’卫星由中方主导，欧空局、德国马普所和法国宇航局共同参与，是欧空局首次以‘机遇任务’的方式参与中国空间科学任务。”王赤表示，通过组建国际科学团队、推动数据共享，我国正不断提升科学卫星的国际影响力与效益。

捕获宇宙神秘信号

“‘天关’卫星发现持续时间长达40天的新型X射线暂现源EP241021a，为理解这类神秘暂现天体提供关键线索。”“天关”卫星首席科学家、中国科学院国家天文台研究员袁为民介绍，“天关”卫星运行于距地580公里的轨道，搭载7对高灵敏度“眼睛”，它不仅是我国首颗大视场X射线天文卫星，更是全球探索宇宙暂现天体的“猎手”，为人类理解极端宇宙现象提供了全新视角。

“探测到银河系内X射线暗弱爆发EP240904a，为发现潜伏的恒星级黑洞开辟新途径。在‘天关’实现‘自主触发、自动后随’后首次探测到的超软X射线闪EP240801a，为研究伽马暴的多样性提供了重要线索。”袁为民补充道。

“慧眼”卫星，其专业名称为“硬X射线调制望远镜卫星”，但它的使命远不止于此——扫描银河系、监视宇宙各种高能爆发及测量黑洞自转等，都是它的任务。“慧眼”卫星首席科学家、中国科学院高能物理研究所研究员张双南介绍，“慧眼”卫星在地球大气层的密度测量、银河系内黑洞吸积爆发的耀发机制、吸积毫秒脉冲星的辐射机制和表面磁场、中子星表面核燃烧的点火位置、最亮伽马射线暴的最小光变时标等方面，均已取得丰硕成果。

“怀柔一号”的定位是全天监测引力波伽马暴、快速射电暴高能辐射等高能天体爆发现象，以推动破解黑洞、中子星等致密天体的形成、演化奥秘。

说到“怀柔一号”的科研进展，“怀柔一号”首席科学家、中国科学院高能物理研究所研究员熊少林如数家珍：发现致密星并合产生的伽马暴中存在新的子类型，拓展了人们对引力波电磁对应体的认知；揭示全新的磁陀星爆发模式，对理解其爆发机制具有重要意义；通过发现一组独特的周期性粒子沉降事件，深化对近地轨道空间辐射环境的认识。

刷新对宇宙射线和太阳活动认知

“悟空”号除了间接探测暗物质粒子，也研究宇宙线的起源和传播，而且它不负众望，还首次发现次级宇宙线硼能谱的变硬结构。简单来说，就是科学家们第一次非常精确地“称量”宇宙中一种名叫硼的粒子在不同能量下的数量，结果在一个高能量区域发现，这些硼粒子的数量比之前想象的要“多”一些。

究竟“多”出多少？“在国际上首次实现1TeV/n以上能区次级宇宙线硼能谱的精确测量，以8倍标准偏差高置信度发现其变硬结构。”“悟空”号科学团队负责人、中国科学院紫金山天文台副台长范一中解释，硼能谱指数变化幅度是质子、氦核等初级宇宙线能谱指数变化幅度的两倍，表明变硬可能源于传播效应。“它告诉我们，宇宙射线在银河系里穿梭时，其传播的物理过程可能比我们之前想的更复杂。关于硼的精确测量结果，促使科学家们去检验和修正现有的理论模型，从而更准确地揭示宇宙射线在浩瀚银河中的传播奥秘。”

“夸父一号”是我国综合性太阳探测专用卫星，自2022年发射以来，已观测到超过1800个太阳耀斑，包括高能C级耀斑、X级耀斑和M级耀斑。

“夸父一号”首席科学家代表、中国科学院紫金山天文台研究员苏杨介绍，观测发现高能C级耀斑与日冕物质抛射的关联率远低于基于以往结果和传统模型的预期值，在127例高能C级耀斑中，仅有5例伴随有日冕物质抛射。“这说明，中小等级的高能太阳耀斑极少像传统理论预测的那样伴随日冕物质抛射，这为重新理解太阳爆发的物理过程提供了新线索。”

从“初啼”到“寻新”，布局前沿任务

王赤透露，“十五五”期间，中国科学院国家空间科学中心将组织实施包含“鸿蒙计划”、“夸父二号”、系外地球巡天、增强型X射线时变与偏振空间天文台在内的太空探源科学卫星计划，力争在宇宙黑暗时代、太阳磁活动周、系外类地行星探测等领域实现新突破。

“鸿蒙计划”——聆听宇宙“婴儿时期”啼哭。“它是由10颗卫星组成的低频射电望远镜阵列，将会飞往月球背面，以屏蔽所有地球和太阳的噪声，捕捉来自宇宙深处的微弱信号。”王赤说。

“夸父二号”——“直视太阳”。它将在国际上首次绕行到太阳的极区上空，“凝视”太阳的“北极”与“南极”。王赤介绍：“这里隐藏着太阳磁场活动的终极秘密。读懂它，就能更早预知太阳风暴的来袭，更懂我们人类生存的地球与太阳的关系。”

系外地球巡天卫星——“寻找地球2.0”。“这颗卫星将巡视星河，专门寻找和地球差不多大小、处在宜居带的‘地球2.0’。”王赤说。

增强型X射线时变与偏振空间天文台——旗舰型空间天文台。它的使命是回答极端宇宙条件下的物理规律。