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[转载]从雪山、气球到太空,六十载铸就空间天文"重器"  

2017-06-20 15:34:24|  分类: 世界自然人文景观 |  标签: |举报 |字号 订阅

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从雪山、气球到太空,六十载铸就空间天文"重器"

从雪山、气球到太空,六十载铸就空间天文"重器"

2017-06-19 13:19:21 来源: 新华社

[转载]从雪山、气球到太空,六十载铸就空间天文重器 - zhangfangkuai - 张方块的博客

矗立在高能所院内的无尽阴阳雕塑。

  新华社北京6月18日电(记者屈婷 喻菲 全晓书)在中国科学院高能物理研究所(以下简称高能所)的院落里,一座名为无尽阴阳的太极符号雕塑颇有意趣。据说,它揭示了东方哲学和高能物理共同探究的问题——万物之

  中国近日成功发射的首枚X射线天文卫星慧眼同样要一探宇宙深处的万物之道。它重约2.5吨,是空间科学先导专项中重量最重、特色鲜明的一颗卫星,堪称大国重器

  很少有人知道,这颗卫星的背后是一条崎岖而壮丽的悟道之旅:六十多年来,三代科学家从零起步,殚精竭虑,让中国高能天体物理从雪山云室、高空气球到太空,一步步走向基础科学领域的最前沿。

  守株待兔的雪山云室】

  1954年,在云南东川一座海拔3200米的山峰上,中国第一个宇宙线实验室建成了,得名落雪站。从1958年到1965年的7年里,由三个大型云室组成的实验装备陆续建成,使得这一大云雾室成为当时世界同类装置规模最大、水平最先进的仪器之一。

[转载]从雪山、气球到太空,六十载铸就空间天文重器 - zhangfangkuai - 张方块的博客

当年建在云南高山上的落雪站。(记者贺萌手绘)

  但是,云雾室的原理基本就像守株待兔,只有极高能量的宇宙线正好射进来,才能捕捉得到,效率和精度都很难保证。

  到了1972年,欧洲核子研究中心等已经展开了高能加速器的研究。在此背景下,同年9月,周恩来总理指示高能物理和高能加速器的研究工作这件事不能再延迟了

  1973年,中国科学院高能物理研究所成立,并以云南落雪山宇宙线观测站的研究人员为主体,成立了宇宙线研究室,从此以空间、地面、地下等多种探测手段开展粒子天体物理的实验研究。

  高能所研究员张承模清楚地记得,自己是1975年上山的,参与改造了云雾室的电子学系统。由于山高路险,科研人员一上山就是一年多,蔬菜、大米都需要从海拔2000多米的铜矿区扛上来。

  当时我们有一个口号叫:头顶蓝天,脚踩白云,一定要把云雾室改造好。张承模回忆说,山上最大的敌人是寒冷和缺氧,一些身体差的人甚至会吐血。但这些年轻的物理学家颇具乐观精神,不忘观察松鼠、落地松,云雾氤氲中还会以歌声唱和。

  新系统运行后的一年里,张承模和同事们值班时最主要的工作就是等待着巨大的爆炸声响起,其余时间就用看书打发时间。大家发现,真正的观测数据很少,有用的数据更是少之又少,根本无法形成具有国际影响力的成果。

  这使得李惕碚、顾逸东、吴枚等一批年轻物理学家意识到:一定要发展主动观测的手段,挺进空间天文观测的高地

  HAPI飞入平流层】

  当时,他们决定把探测宇宙高能粒子的仪器安置在高空气球上,飞入平流层进行天体物理观测。

[转载]从雪山、气球到太空,六十载铸就空间天文重器 - zhangfangkuai - 张方块的博客

中国自行研制的高空气球飞入平流层。(记者贺萌手绘)

  在李惕碚的领导下,研究团队分成两队,一队由吴枚、陆柱国牵头,研制载荷探测器;另一队由顾逸东领衔,研究气球运载;此外,马宇蒨负责数据分析平台的建设。

  身在载荷团队的张承模回忆,一开始大家只能从日本、德国的书上一点点了解空间观测器的概念,寻找材料,即使是制作一个最简单的光电倍增管读出系统,也吃尽了苦头。

  研制气球的运载团队一样遇到了很大困难。没有计算机模拟计算升限、载重等设计参数,他们全靠纸笔运算,先把报纸一块块粘起来,像裁缝一样剪出需要的形状,再把它们拼成模型,最后据此将气球材料一块块剪下来,互相拼接成气球。

  零号产品诞生于1983年中秋节。在河北香河县,一个3000立方米的气球带着铝制吊篮充满了氢气,携带着被泡沫包裹严实的探测器第一次飞入了平流层!

  有趣的是,在这个探测器大功告成之际,大家就有了舔犊之心,商量着要给它起个名字,也为未来的系列探测器博个好彩头。最后,还是李惕碚提议用其英文缩写HAPI,也取happy的谐音,大家欣然同意。

  1984年5月23日,3万立方米的高空气球带着HAPI-1首次实现平流层高度上对蟹状星云脉冲星33毫秒周期信号的X射线观测。

  1985年9月22日,10万立方米的高空气球带着HAPI-2幸运地观测到了黑洞候选体——“天鹅座X-1的时间结构和能量谱。

  1987年,一颗超新星爆发,只有南半球能观测到,巴西是最好的观测地。尽管经费不足,但中国科学家还是携HAPI-3首次赴海外参与国际天文联合观测。

  最特别的是HAPI-4,因为它要验证1992年由李惕碚和吴枚提出的直接解调成像方法。这种方法与西方科学界复杂、昂贵的编码孔径成像方法相比,物美价廉得难以置信,但也有人对此表示怀疑。

  1993年9月25日,HAPI-4升至36-38千米的高空,对天鹅座X-1进行约1小时扫描观测。结果表明,HAPI-4的成像质量优于大型编码孔径成像望远镜。

  至此,HAPI系列探测器完成了自己承前启后的使命。1993年,硬X射线调制望远镜(简称HXMT)项目被提出,并在2011年3月正式立项。

  神舟”“嫦娥”“天宫开启太空观测】

  1992年9月21日,中国载人航天工程启动。按照计划,神舟二号飞船上将搭载超软X射线、X射线和伽马射线探测器。而其中的X射线探测器可谓是HXMT望远镜的最原初设计。

[转载]从雪山、气球到太空,六十载铸就空间天文重器 - zhangfangkuai - 张方块的博客

月球车展开机械臂展开探测。(记者贺萌手绘)

  通过近8年的研制,2001年1月10日,被喻为太空实验舱神舟二号发射升空。位于飞船头部的探测器成功观测到了近30个宇宙伽马暴和近百例太阳耀斑的X射线、伽马射线暴发事例。这是中国科学家首次获得了在地球以外350公里到400公里高度的空间天文观测数据,可谓意义非凡。

  2007年,X射线谱仪随嫦娥一号走向距离地球38万公里的深空。中国首次获得了第一手的月球元素数据,这将帮助人类探索月球的起源。

  2010年10月1日,空间高分辨率X射线谱仪随嫦娥二号发射成功。它在月球轨道开机195天,通过数据分析获得了国际上首个基于X射线观测数据的全月铝元素分布。这一跨越最远的观测,还获得了中国目前分辨率最高的太阳X射线能谱,提高了人类对日地空间环境的认识。

  2013年12月14日,嫦娥三号卫星稳稳地在月球上,对月面开展巡视勘察。若干个小时后,月球车玉兔与着陆器分离,迈开了历史性的又一步。在玉兔的机械臂前段,就是高能所科学家研制的粒子激发X射线谱仪。

  2016年9月,一枚外观像一盒方形蛋糕,而被科学家昵称为小蜜蜂的探测器在升空的天宫二号顶部,用它复杂的眼睛寻找宇宙中最闪耀的爆炸——伽马射线暴。

  HXMT望远镜项目首席科学家张双南透露,HXMT主要研究银河系内的天体;未来新的天文卫星还可能对其中部分天体进行精细研究,同时也会对邻近宇宙展开观测;再下一步,我们就想把研究范围扩展到整个宇宙。

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