“天罗地网”探宇宙

原标题：“天罗地网”探宇宙

　　“慧眼”卫星示意图 中国科学院高能物理研究所提供

　　“天极”望远镜示意图 中国科学院高能物理研究所提供

　　2017年6月15日成功发射的“慧眼”卫星，是我国首颗X射线天文卫星。“慧眼”卫星对银河系开展巡天扫描，黑洞、脉冲星、伽马暴……这些未解之谜都是“慧眼”的研究范围。“慧眼”卫星是中国空间科学先导专项中最贵、最重、科学仪器最多的卫星，曾有科学家评论，它将改变空间高能天文研究长期依赖国外卫星观测数据的状况。

　　“慧眼”卫星在轨测试和正式交付以后，取得了黑洞及中子星双星观测、伽马射线暴、引力波电磁对应体探测等多项科研成果。例如，2017年10月16日，双中子星并合产生引力波联合观测成果全球发布，“慧眼”卫星参与了观测并发挥了重要作用，对引力波高能电磁辐射对应体进行监测并确定了伽马射线的流量上限。2020年9月，“慧眼”卫星在高于200千电子伏特（keV）的能段发现了黑洞双星系统的低频准周期振荡（quasi-periodic oscillation，QPO），这是迄今为止发现的能量最高的低频QPO现象。研究表明，其起源于黑洞视界附近的相对论喷流（向外高速运动的等离子体流）的进动，为解决一直以来存在争议的低频QPO物理起源问题提供了重要依据。日前，“慧眼”团队宣布发现了第一例与快速射电暴成协的非热X射线暴并且证认其来自于具有超强磁场的年轻中子星。这些成果标志着“慧眼”卫星开拓了对黑洞和中子星的X射线宽能段光变和能谱研究的新窗口。

　　新一代“慧眼”——增强型X射线时变与偏振（eXTP）空间天文台也在研制过程中，预计于2027年前后发射升空，将有望成为在2027—2035年间该领域国际领先的旗舰级X射线空间天文台。eXTP是由中国科学家发起和主导的重大国际合作空间科学项目，合作组成员来自中国、意大利、德国、西班牙、英国、法国、荷兰、瑞士等二十多个国家、地区和组织的一百多个研究单位。它的主要科学目标可以概括为“一奇二星三极端”，“一奇”是指黑洞，“二星”即中子星和夸克星，“三极端”是指极端引力条件下的广义相对论、极端磁场条件下的量子电动力学和极端密度条件下的量子色动力学等理论。这些观测数据有望为终极回答黑洞附近会发生什么，真空量子涨落产生什么，中子星内部是什么物质状态等重大科学问题作出贡献。

　　“拉索”：在世界屋脊探索宇宙线

　　在海拔4410米的四川省稻城海子山，占地1.36平方公里、投资超过10亿元人民币的高海拔宇宙线观测站LHAASO已经初步建成，并开始作出重大科学发现。它的目标是寻觅来自宇宙深处的“天外来客”——宇宙线。

　　高能宇宙线是来自宇宙空间的高能粒子，其能量跨度为109~1020电子伏特，主要由质子和多种元素的原子核组成，并包括少量电子和光子。宇宙线弥漫在整个宇宙，携带着宇宙起源、天体演化、太阳活动及地球空间环境等重要科学信息，它是“银河陨石”，是传递“宇宙大事件”的信使，是发现“宇宙加速器”的探针。自1912年被发现以来，研究宇宙线及其起源是人类探索宇宙的重要途径。在宇宙线的研究中，发现了许多基本粒子，开创了粒子物理学，诞生了5位诺贝尔奖得主。

　　这个被昵称为“拉索”的大科学基础设施，属于第三代大视场巡天伽马天文探测器，与位于西藏羊八井的宇宙线观测站为代表的第一代和第二代伽马射线巡天望远镜相比，不仅更大，而且更加先进。建成之后，将是世界上探测最高能量的伽马射线的最灵敏的探测器。它由三个阵列、四种探测器组成：水切伦科夫探测器阵列，由3个大型水池构成，布置3000路探测单元，阵列面积为7.8万平方米；地面簇射粒子阵列，由5195路电磁粒子探测器和1171路缪子探测器组成；广角切伦科夫望远镜阵列，由12台宽视场切伦科夫成像望远镜组成。