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GECAM顺利上天,引力波全天监测走起

时间:2020-12-10 21:37:44 点击:

  核心提示: GECAM发射现场。(图片来源:中国科学院国家空间科学中心,中国科学院声像中心任晖摄) 12月10日4时14分,西昌卫星发射中心,空间高能望远镜——引力波暴高能电...

GECAM发射现场。(图片来源:中国科学院国家空间科学中心,中国科学院声像中心任晖摄)

12月10日4时14分,西昌卫星发射中心,空间高能望远镜——引力波暴高能电磁对应体全天监测器卫星(GECAM)发射升空。

目前,搭乘着长征十一号遥九固体运载火箭,GECAM卫星已顺利进入预定轨道,发射任务圆满成功。

GECAM又名“极目”,由中国科学院空间科学(二期)先导专项部署,是世界首个专门用于探测引力波暴高能电磁对应体的的小型空间高能望远镜。GECAM由“小极”和“小目”2颗微小卫星组成,抵达运行轨道后,它们将对黑洞、中子星等极端天体的剧烈爆发现象展开观测,快速下传、发布观测警报,引导科学家利用展开后随观测。

“全天无死角”捕捉稍纵即逝的光

目前,借助激光干涉引力波天文台LIGO和引力波天文台Virgo,人类可在地面对引力波事件进行追踪,但由于地面探测设备的网络空间定位能力有限,为了在更短时间内更精准地寻找电磁信号源,科学家把望远镜发射到了天上。

据GECAM卫星载荷总师李新乔介绍,GECAM卫星可对与引力波暴几乎同时发生的同源伽马暴的能谱和光变进行连续高精度观测,并给出精度较高的引力波事件的方向信息,把地面观测设备定位的几十到上百平方度范围缩小到平方度量级。

宇宙中许多剧烈的暴发现象都是GECAM的观测目标,如双致密星并合引力波产生的高能辐射、伽马暴、磁星暴发及快速射电暴等。

据GECAM科学应用系统副总设计师郑世界介绍,这些暴发现象随机出现于太空中,持续时间通常以分钟、秒乃至毫秒为计,为了捕捉这些稍纵即逝的光,GECAM的两颗卫星背向地球,以180度相位绕地运行,它们和地心始终保持三点一线,从而实现对宇宙中暴发现象“全天无死角”的监测。

据悉,GECAM工程任务由中国科学院负责组织实施,国家空间科学中心负责工程大总体和地面支撑系统的研制建设,微小卫星创新研究院负责卫星系统研制,高能物理研究所为任务科学目标提出单位,并负责卫星有效载荷、科学应用系统研制建设,空天信息创新研究院负责科学数据的地面接收。测控系统由中国西安卫星测控中心负责。

用于这次发射任务的运载火箭由中国航天科技集团有限公司第一研究院(中国运载火箭技术研究院)研制生产,此次任务是长征十一号固体运载火箭的第11次飞行任务。

GECAM由“小极”和“小目”2颗微小卫星组成,抵达运行轨道后,它们将对黑洞、中子星等极端天体的剧烈爆发现象展开观测。(图片来源:中科院高能物理所)

硬核的“多目星君”

由于视场够大,且探测灵敏度非常高,李新乔亲切地把GECAM称为“多目星君”——虽然个头小,但它发射后,将是近几年内国际上对伽马暴、磁星爆发、快速射电暴等爆发事件综合探测能力最强的卫星。

上天后,GECAM的两颗卫星会逐渐分开,处于地球两端,彼此间没有直接通讯,监测到同一爆发事件后,会各自向地面报告观测结果,每颗卫星的总探测面积超过1000平方厘米,确保能收集并探测到弱天体源的光子信号。结合两颗卫星的观测情况,研究人员可以做更精确的分析。

除了看得广,GECAM的探测灵敏度也很不错。卫星身处600千米高的圆轨道,保持29度倾角,可以较好地避开地球辐射带背景信号过高的区域。

如果两颗卫星同时探测到来自宇宙深处的伽马射线暴、引力波暴等剧烈的暴发事件后,通过改进的交叉相关算法,研究者可以通过测量的延迟量进一步限制暴发事件方位。

实时下传数据,保证“三快一准”

GECAM卫星是我国首个利用星间通信链路开展关键数据实时下传的卫星,反应快、处理快、发布快、定位准这“三快一准”是GECAM要实现的目标——观测到伽马暴事件后,卫星会将有关关键科学数据下传到地面,经快速判断确证后,向全世界发布。从而引导其他科学卫星、天文望远镜的后随观测。

GECAM卫星轨道周期是90分钟,每颗星绕地一圈的过程中,最多约10分钟会经过中国境内的数传接收站下传数据。但由于受地球自转及卫星轨道进动的影响,可能导致最长12小时内地面无法接受观测数据和信息。

为了确保关键数据及时下传,借助我国自主研制并建立的星间链接,GECAM和地面的科学家团队有机地连接起来。

卫星把重要信息传回地面的方式类似于发短信,星间链路通过卫星无线互联。当一次伽马暴发生,卫星有效载荷上的伽马射线探测器会触发在轨定位算法,在星上进行伽马暴定位。定位信息、光变和能谱等最为关键的数据会被传递给星间链路卫星网,再下传至地面接收站。通过一系列地面链路,最终传递到中国科学院高能物理研究所的GECAM卫星科学应用系统服务器。

GECAM的发射运行,有望推动破解黑洞、中子星等致密天体的形成和演化,以及双致密星并合之谜。此外,GECAM还将探测太阳耀斑、地球伽马闪和地球电子束等日地空间高能辐射现象,为进一步研究其物理机制提供科学观测数据。

包含两个微小卫星的GECAM。(图片来源:中科院高能物理所)

作者:不详 来源:网络
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