探寻从未见过的宇宙

吉伊　编译

两周前，日本宇宙航空研究开发机构　(JAXA)　在新闻发布会上宣布，他们今年2月发射的一颗名为“瞳”的卫星于3月26日与地球失去联系。“瞳”是由日本、加拿大、欧美等国61个研究机构及大学共同参与的迄今为止发射的最大的X射线天文卫星，原本设计工作寿命为3年。如果一直联系不上“瞳”，对于X射线天文学的发展将是重大损失。

X射线天文学是一门只有50年发展历史的年轻学科。作为空间天文领域的重要研究手段，我国将于今年下半年发射首颗X射线卫星，实现零的突破。

“瞳”:漂浮在卫星轨道上的天文台

“瞳”X射线天文卫星，重2.7吨、长14米，是日本迄今为止发射的天文卫星中最大的一颗，能够在极为宽广的波长范围内进行高灵敏度观测。“瞳”卫星于2008年正式立项，由日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)　联合美国宇航局　(NASA)、欧洲空间局　(ESA)　及日本、加拿大和欧美61个研究机构及大学超过250名研究人员共同参与研发。可以说，“瞳”并不只是一颗卫星的名称，更是一个以全新的X射线天文卫星为中心的世界规模科学共同体的代名词。

“瞳”作为一颗X射线天文卫星，也可以说是一个漂浮于卫星轨道上的天文台。但是，它的观测对象并不是普通光，而是X射线。

说起X射线，人们首先浮现于脑海的也许就是在医院拍摄的X光片了。这是一门利用X射线的高穿透能力，宛如透视身体内部那样进行拍摄的技术。拍摄X光片时，由胶片或图像传感器接收来自射线源的X射线，并拍摄照片。那么，宇宙中也存在发射X射线的物质吗?　答案是肯定的。不仅太阳会发出X射线，夜空中闪烁的星星也都会发出X射线。X射线，是宇宙中极为普通的波长光。

X射线的波长为1nm-0.01nm(纳米)，仅为可见光的千分之一至十万分之一。由于波长短，与可视光相比，具有不易折射、穿透力强、能量高的特征。

虽然统称为X射线，由于波长不同，其性质也有所差异。例如，拍摄X光片以及在机场用于检查随身行李的X射线的波长为0.01nm左右，被称为硬X射线。这种X射线穿透力强，可轻易穿透人体。波长为1nm的X射线被称为软X射线，其穿透力并不高，铝箔就能将其遮挡。X射线的性质不同，捕捉方法当然也有所差异。“瞳”搭载了能够同时检测硬X射线以及软X射线的装置，可望在更大的范围内捕捉到X射线。

借助X射线能够看到什么

超新星爆发、黑洞、活动星系核以及星系团等巨大重力以及爆发能量，都会释放出X射线。例如，黑洞是一种具有甚至连光也无法向外释放的巨大重力的天体，当黑洞吸入周围物质时，会释放出强烈的X射线。

此外，宇宙中还存在着X射线强度在几乎只有千分之一秒的极短时间内发生巨大变化的天体。在星系以及连星系也不存在的空间，还存在着温度高达数千摄氏度的高温气体。所有这些高能量现象，与星系以及星系团的形成都有着很大的关联。了解这些重要天体现象，有助于人类加深对宇宙进化的认识。

迄今为止的研究发现，宇宙中存在着数万个释放X射线的天体，几乎可以说只有借助X射线才能观测到宇宙中90%以上的物质。此外，即使是同一个天体，借助X射线也能够观测到可视光以及电波无法捕捉到的现象。从这个意义上来说，离开了X射线就无法了解宇宙。

X射线虽然能够穿透人体，却无法贯穿地球大气这一“屏障”，从宇宙抵达地表。因此，为了捕捉来自宇宙的X射线，必须利用人造卫星等在大气层外进行观测。

进入21世纪，天文学进入了精彩纷呈的时代。大量研究成果表明，迄今为止被个别捕捉到的种种天体现象分别相互紧密关联，形成了我们目前所看到的宇宙。现今人们看到的宇宙也许只是沧海一粟，大部分宇宙由我们无法直接看到的物质构成。为了揭开宇宙之谜，人类始终进行着不懈的努力。

20世纪中期，人类利用电波、红外线、X射线等眼睛无法看到的波长光，发现了宇宙的更多奥秘，从而促进了天文学的快速发展。人类在原先认为已经进行充分观测的地方，陆续揭示出各种新的现象;在原先以为平静如水的地方，发现了各种壮观的天体现象。宇宙的多样性，远远超出了人们的想象，始终是个动态世界。

X射线天文学，就是众多崭新研究领域之一。X射线，是一种来自数百万乃至数亿摄氏度极高温度区的波长光。由于温度极高，其所在区域的各种活动也异常活跃。超新星爆发、黑洞、活动星系核、星系团的高温等离子体等现象，极大影响着星体生成、星系团及宇宙的大规模构造和进化。事实上，类似这样的区域并不神奇，只是人类要直接观察到这些，离开X射线是无法实现的。

X射线天文学：一门年轻的学科

X射线天文学是一门创始于50年前的年轻学科。1962年，美籍意大利裔天文学家里卡尔多·贾科尼等人利用观测火箭进行的一项实验，首次捕捉到了来自太阳系外的X射线。进入1970年代，随着搭载X射线观测装置的科学卫星升空，人类开始了对X射线真正意义上的研究。

X射线天文学自诞生起，在很短的时间内就发现了一系列前所未知的新型天体，获得了很多光学天文和射电天文无法得到的天体信息，大大扩展了天文学的研究领域。X射线天文学所显示的独特威力，使得它在当代空间天文学中处于特别重要的地位。

日本在X射线天文学开启之初，就积极投入到了该领域的研究，其水平始终居于世界领先地位。继1979年首次发射“天鹅”X射线天文卫星之后，陆续发射了“飞马”、“银河”、“飞鸟”、“朱雀”共计5颗X射线天文卫星，取得了大量有用的数据及研究成果。

我国正在研制的新型天文望远镜———硬　X　射　线　调　制　望　远　镜(HXMT)　将成为我国的第一颗天文卫星，计划于今年下半年发射。

天文卫星从功能上可以分为专用天文望远镜和天文台级天文望远镜两种。前者是针对特定科研目标设计建设的，后者搭载的仪器就比较多，功能更加强大，可涉及的科学研究范围也更广泛。

我国的HXMT属于中型专用天文卫星，发射进入太空后，将主要承担黑洞研究，以及与黑洞有关的如中子星等研究。

祝愿走失的“瞳”早日回归

“瞳”卫星搭载了当今世界上最为先进的观测设备，主要有两种类型的X射线望远镜和四种类型的X射线捕捉检测仪　(见右上图)。原本计划作为大型公共X射线天文台，将接受世界各国的研究申请，对“深藏于剧烈变化的炙热宇宙中的物理法则”进行广泛而深入的研究。

由于“瞳”所携带的设备精度与之前的相比提高了几十倍，因此让我们能够看到星系或者黑洞周围更为精细的一些结构，这对于整个高能天体物理的研究意义至关重要，所以每一位天文研究者都非常期望能够与它重新取得联系。

发射至太空的卫星和探测器与地面失去联系的例子时常发生，通常情况下，要想重新建立联系比找回一个走失儿童的可能性还要低。

除了“瞳”卫星之外，今年3月24日，美国也正式承认损失一颗先前失联的气象卫星。该卫星是美军“防卫气象卫星计划”中最新的一颗气象卫星，用于预测大雾、雷暴、飓风等可能影响军事行动的气象，原定使用寿命为5年，于2014年4月发射。今年2月11日，该卫星与地面失联。

但是，也有失联后重新建立联系的情况，比如“菲莱”彗星探测器。它在经过10年漫长飞行之后，于2014年11月12日降落在彗星67p表面。但在着陆过程中，“菲莱”几次弹跳，还与彗星上的岩块发生碰撞，导致降落地点与原计划相差近1公里。由于那里日光较少，“菲莱”携带的电池在进行了60小时的科学工作后便告罄，进入休眠状态。随着这颗彗星越来越靠近太阳，在7个月后，“菲莱”的太阳能电池板吸足能量后“苏醒”，重新和地球取得了联系。

现在“瞳”的失联，据推测也很可能是因为卫星高速旋转，太阳板不能有效吸收太阳能，从而无法提供电力。按照JAXA的说法，“如果卫星主体能够逐渐减慢转速的话，那么就有可能再次与它建立联系。但是什么时候转速才能减慢，我们现在还无从得知。”

人类对宇宙的探索雄心勃勃，但道路却曲折不易，让我们祝愿JAXA好运，早日寻回在太空走失的“孩子”———“瞳”。

人类肉眼的观测能力是极为有限的。插图中央的七彩部分为“可见光”，就是人类用肉眼能够看到的区域。

在浩渺宇宙，除了可视光之外，其他波长的光线也演绎着缤纷多彩的天体现象。为了捕捉各种不同的光，人类需要借助于射电望远镜以及X射线望远镜等特殊观测设备。