宇宙嬰兒時(shí)期的模樣是什么樣的？恒星如何塌縮形成黑洞或中子星？科學(xué)家最新的發(fā)現(xiàn)離這些謎題的答案更近一步。

4月24日，“中國(guó)航天日”主場(chǎng)活動(dòng)在上海舉行，中法聯(lián)合研制的中法天文衛(wèi)星（下稱“SVOM”）正式發(fā)布首批科學(xué)成果。在這些成果中，最引人注目的是一例來(lái)自130億年前的伽馬暴（GRB250314A），紅移高達(dá)7.3，來(lái)自宇宙誕生僅7.3億年的極早期。

“這些發(fā)現(xiàn)不僅驗(yàn)證了衛(wèi)星的卓越性能，更重要的是為研究宇宙早期恒星形成、黑洞誕生、致密天體并合等前沿課題提供了全新視角。特別是紅移7.3的伽馬暴，就像一扇時(shí)空之窗，讓我們得以窺見(jiàn)宇宙嬰兒時(shí)期的模樣。”SVOM中方首席科學(xué)家、中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員魏建彥對(duì)第一財(cái)經(jīng)解釋，宇宙的誕生通常認(rèn)為是137億~138億年前，所以宇宙爆發(fā)以后的7.3億年左右的嬰兒時(shí)期（130億年前），宇宙誕生的第一代恒星有一次死亡的過(guò)程。

“這次發(fā)現(xiàn)的伽馬暴其光線在宇宙中傳播了約130億年才被SVOM捕獲，這一發(fā)現(xiàn)打破了保持近12年的國(guó)際紀(jì)錄。”魏建彥說(shuō)。

而探究這些伽馬射線暴和實(shí)際生活有何關(guān)聯(lián)？魏建彥對(duì)記者舉例，大家都知道元素周期表，地球上的各種元素是從哪兒來(lái)的，大家戴的金銀、鉆石首飾從哪來(lái)，為什么稀土元素中國(guó)的優(yōu)勢(shì)明顯……這些都需要天文學(xué)支撐。“天文學(xué)家有個(gè)分配表，地球的元素有多少，大致來(lái)自哪些天文現(xiàn)象，這些問(wèn)題都有初步的概念了。這在以前是難以想象的。”

從恒星死亡到元素周期表

SVOM的主要研究對(duì)象是來(lái)自宇宙深處的伽馬射線爆發(fā)，即伽馬射線暴（下稱“伽馬暴”），伽馬暴是迄今已知的在宇宙大爆炸后最猛烈的天文現(xiàn)象，首次發(fā)現(xiàn)于20世紀(jì)60年代。伽馬暴短至幾毫秒，長(zhǎng)達(dá)數(shù)千秒，短時(shí)間釋放的能量超過(guò)太陽(yáng)在其一生輻射能量的總和。伽馬暴的觀測(cè)研究是天文前沿領(lǐng)域，伽馬暴是如何產(chǎn)生的？為何能釋放如此多的能量？至今仍是個(gè)謎。

美國(guó)雨燕（SWIFT）衛(wèi)星于2004年發(fā)射后，揭開(kāi)了宇宙伽馬暴探測(cè)的新時(shí)代，同時(shí)也留下了諸多未解之謎。近年來(lái)，伽馬暴探測(cè)不斷取得重大突破——2017年8月17日，在一個(gè)由兩顆中子星合并爆炸產(chǎn)生的伽馬暴之前觀測(cè)到伴隨產(chǎn)生的引力波，這是人類首次在電磁波和引力波窗口同時(shí)觀測(cè)宇宙天體，開(kāi)啟了多信使天文學(xué)的新時(shí)代。2022年10月9日，一個(gè)史上最亮伽馬暴被觀測(cè)到，它比以往觀測(cè)到的人類看到的任何伽馬暴，還要亮50倍。

于2024年6月22號(hào)由長(zhǎng)征二號(hào)丙（CZ-2C）運(yùn)載火箭在我國(guó)西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射的SVOM，是繼美國(guó)SWIFT任務(wù)之后最重要的伽馬暴多波段探測(cè)項(xiàng)目。在軌飛行10個(gè)月來(lái)，SVOM已順利完成了衛(wèi)星平臺(tái)、科學(xué)儀器的在軌測(cè)試任務(wù)。迄今已探測(cè)到了超過(guò)100例伽馬暴，發(fā)現(xiàn)了多例特殊類型伽馬暴，創(chuàng)下了短時(shí)標(biāo)伽馬暴的最遠(yuǎn)觀測(cè)紀(jì)錄。通過(guò)星地聯(lián)合觀測(cè)，有22例伽馬暴成功獲取了光譜紅移。

何謂紅移，魏建彥舉例，就像多普勒效應(yīng)，“大家在高中物理課中知道，火車如果迎著你來(lái)，鳴笛聲就會(huì)變尖，一旦它離開(kāi)，聲音又會(huì)變長(zhǎng)，宇宙也同理，它離得越遠(yuǎn)，相互離開(kāi)的速度越快，連光都會(huì)變更紅”。

不過(guò)，伽馬暴觀測(cè)就像一場(chǎng)接力賽，需要全球空間、地面觀測(cè)設(shè)備的參與，環(huán)環(huán)相扣，鏈路中的任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)造成了信息延遲，后續(xù)的觀測(cè)設(shè)備很難發(fā)揮作用。

SVOM總指揮、中國(guó)科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院副院長(zhǎng)張永合參與了整個(gè)天地聯(lián)合系統(tǒng)全階段的研發(fā)，持續(xù)近20年，他表示：“我們的目標(biāo)不僅僅是研制一顆高性能伽馬暴觀測(cè)衛(wèi)星，而是構(gòu)建一套復(fù)雜、快速而便捷的伽馬暴觀測(cè)系統(tǒng)，讓科學(xué)家在喝一杯咖啡的工夫，就能向SVOM傳送一次觀測(cè)指令，獲得觀測(cè)結(jié)果，這樣才能不錯(cuò)失任何一個(gè)可能蘊(yùn)含科學(xué)發(fā)現(xiàn)的機(jī)會(huì)。”

張永合說(shuō)：“伽馬暴就像是宇宙里釋放的一處煙花。恒星它在死亡的時(shí)候或者轉(zhuǎn)化為黑洞的時(shí)候，能夠釋放出巨大的能量。”

由于SVOM搭載了中方的伽馬射線監(jiān)視器（GRM）、光學(xué)望遠(yuǎn)鏡（VT）和法方的硬X射線相機(jī)（Eclairs）、軟X射線望遠(yuǎn)鏡（MXT），具備大視場(chǎng)伽馬暴探測(cè)和高精度X射線、可見(jiàn)光后隨觀測(cè)能力。衛(wèi)星系統(tǒng)在軌運(yùn)行10個(gè)月來(lái)表現(xiàn)優(yōu)異，展現(xiàn)出多波段覆蓋、自主快速響應(yīng)、精準(zhǔn)高穩(wěn)觀測(cè)、全球天地協(xié)同四大核心能力。

魏建彥解釋，SVOM可獲得伽馬暴從伽馬射線到X射線、可見(jiàn)光及近紅外的寬波段信號(hào)。觀測(cè)系統(tǒng)不僅包含星載科學(xué)載荷的多波段探測(cè)能力，還包含地面寬視場(chǎng)相機(jī)陣列、快速跟蹤望遠(yuǎn)鏡等觀測(cè)設(shè)備的多波段協(xié)同和后隨觀測(cè)能力，因此，中法天文衛(wèi)星觀測(cè)系統(tǒng)是迄今為止全球?qū)ゑR暴開(kāi)展多波段綜合觀測(cè)能力最強(qiáng)的衛(wèi)星系統(tǒng)。

而且，SVOM衛(wèi)星系統(tǒng)能通過(guò)法國(guó)的甚高頻網(wǎng)絡(luò)（VHF）和中國(guó)的北斗短報(bào)文系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)伽馬暴警報(bào)近實(shí)時(shí)下傳，快速觸發(fā)全球地面望遠(yuǎn)鏡及空間其他天文觀測(cè)設(shè)備，還可以通過(guò)北斗短報(bào)文系統(tǒng)快速跟隨其他重要天文事件的觀測(cè)，任務(wù)響應(yīng)延遲在10分鐘左右。

中法20年研發(fā)合作

中法天文衛(wèi)星項(xiàng)目是中法兩國(guó)政府間重要航天合作項(xiàng)目，由中國(guó)國(guó)家航天局和法國(guó)國(guó)家空間研究中心聯(lián)合立項(xiàng)，中國(guó)科學(xué)院與法國(guó)國(guó)家空間研究中心聯(lián)合開(kāi)展工程實(shí)施。項(xiàng)目自2005年啟動(dòng)論證，2024年成功發(fā)射，歷經(jīng)20年研發(fā)歷程。

在2005年啟動(dòng)論證后，2006年10月，中法兩國(guó)簽署了《中國(guó)國(guó)家航天局與法國(guó)國(guó)家空間研究中心關(guān)于合作實(shí)施中法天文衛(wèi)星的諒解備忘錄》，確定了中法天文衛(wèi)星任務(wù)的科學(xué)目標(biāo)、研究?jī)?nèi)容、合作方式、雙方的權(quán)利和義務(wù)、時(shí)間進(jìn)度等。

2014年，兩國(guó)又完成了新一輪諒解備忘錄修訂、簽署，明確了后續(xù)研制進(jìn)度。之后，項(xiàng)目進(jìn)入工程研制階段，2024年1月完成衛(wèi)星出廠，2024年6月完成衛(wèi)星發(fā)射與天地聯(lián)合觀測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行。2024年9月、2025年1月中法雙方分別在圖盧茲、北京召開(kāi)衛(wèi)星在軌測(cè)試評(píng)估與在軌驗(yàn)證評(píng)審。

中法天文衛(wèi)星在中法建交60周年成功發(fā)射，是中法兩國(guó)在歷史長(zhǎng)河中，再次攜手向太空中放飛探索宇宙奧秘的科技“風(fēng)箏”，對(duì)宇宙中能量最強(qiáng)的伽馬射線暴進(jìn)行探測(cè)并精確定位，引導(dǎo)全球觀測(cè)設(shè)備開(kāi)展后隨觀測(cè)，也是對(duì)人類探索浩瀚宇宙的貢獻(xiàn)。

在衛(wèi)星工程實(shí)施方面，采用了歐洲航天工程中常用的階段劃分、文檔體系、風(fēng)險(xiǎn)控制、人員分工等管理模式。中國(guó)科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院負(fù)責(zé)抓總系統(tǒng)設(shè)計(jì)與衛(wèi)星系統(tǒng)研制，高能物理研究所、西安光學(xué)精密機(jī)械研究所負(fù)責(zé)中方科學(xué)載荷研制，國(guó)家空間科學(xué)中心負(fù)責(zé)總體技術(shù)支撐和中方地面支撐系統(tǒng)的建設(shè)，國(guó)家天文臺(tái)負(fù)責(zé)中方科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)研制建設(shè)。法方地面支撐系統(tǒng)和科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)由法國(guó)國(guó)家空間研究中心負(fù)責(zé)建設(shè)和運(yùn)行。

就在中國(guó)航天日前一天的4月23日，中法天文衛(wèi)星交付使用儀式在上海張江舉行，中國(guó)科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院將中法天文衛(wèi)星正式交付給中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)投入使用。

根據(jù)計(jì)劃，SVOM預(yù)計(jì)將在軌工作至少3年，繼續(xù)搜尋宇宙中的高能爆發(fā)現(xiàn)象。雖然預(yù)期是3~5年，但是衛(wèi)星可能運(yùn)行更長(zhǎng)時(shí)間。

魏建彥也表示，就和人一樣，活得越長(zhǎng)經(jīng)驗(yàn)越多見(jiàn)識(shí)也更廣，希望衛(wèi)星能正常工作10～20年。

“我們期待能夠揭示第一代恒星的形成與死亡過(guò)程，研究黑洞誕生機(jī)制，發(fā)現(xiàn)引力波事件的電磁對(duì)應(yīng)體，完善宇宙早期演化理論。”SVOM法方首席科學(xué)家貝特朗·科爾迪耶說(shuō)。

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