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“怀柔一号”

2022/2/17

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“引力波暴高能电磁对应体全天监测器卫星”（英文简称GECAM，又称为“极目”双星、“怀柔一号”）是2颗小卫星，于2020年12月10日在西昌卫星发射中心用长征十一号运载火箭发射升空，分布在地球两侧相对飞行，对太空里的高能天体爆发现象进行全天监测，为科学家提供科学观测数据。

所谓“引力波暴”，是指的两颗致密星体（两颗黑洞、两颗中子星或一颗黑洞和一颗中子星）碰撞并合产生引力波的现象，引力波频率一般从几十到一千赫兹。“高能电磁对应体”是并合前后伴随产生的电磁波辐射。这类现象持续时间很短，所以要求一旦观测到此类爆发之后，要迅速通知地面中心和其他天文台站、卫星，利用各类望远镜进行后随观测，以获得更多波段的科学信息。“全天监测”是指这 2 颗卫星在太空中不受大气层的影响，能够全天候观测；2颗卫星在地球两侧相对，能够对全部天空进行无死角监测。

插图：苏盼盼

引力波，是爱因斯坦广义相对论中预言的引力的非球对称变化所引起的时空波动。2015年9月，美国激光干涉引力波天文台（LIGO）观测到第一个引力波信号，是两颗中等质量黑洞并合发出的，打开了引力波天文观测的窗口。2017年10月，LIGO首次直接探测到来自双中子星并合的引力波，并同时“看到”其发出的电磁信号。我国设立在南极冰穹A科考站的南极巡天望远镜和第一颗空间Ｘ射线天文卫星“慧眼”望远镜参与了此次电磁对应体观测，这次观测也标志着多信使引力波天文学时代的到来。

能够引发引力波暴的现象包括伽马暴、快速射电暴高能辐射、特殊伽马暴和磁星爆发等，其中涉及中子星、黑洞等致密天体并合过程，这些都是当前高能天体物理学研究中的热点和难点。GECAM的探测范围是X射线、伽马射线以及高能带电粒子，能够在引力波暴几乎同时发生的同源伽马暴的能谱与光变进行连续高精度观测，研究高密度、强引力场、强磁场等极端条件下的高能辐射过程。

目前地面的引力波探测器网络空间定位能力有限，两个致密天体碰撞的引力波信号又很微弱，持续时间也非常短暂，其中很重要的观测时机往往在距离引力波事件发生的数分钟、数秒乃至数毫秒之内出现。为了抓住宇宙中稍纵即逝的引力波信号，需要天地间多个设备紧密合作。GECAM就是为抓住当前引力波天文研究的重要机遇而提出的、专门探测引力波暴高能电磁对应体的小型空间高能望远镜项目，它能够及时以较高精度给出引力波暴发生的方向，比地面引力波设备精度高出一个量级以上。

为实现对全天区的实时连续观测，GECAM采取“极目”双星联合方式，2颗卫星和地心始终保持三点一线，每颗卫星的视场可覆盖除地球遮挡视场之外的所有天区，可进行全天候无死角监测，它在几年之内是探测伽马暴的灵敏度最高的天文卫星。GECAM卫星还相当于一个“哨兵”，伽马暴事件经过快速判断确证后，会向全世界发布以引导其他科学卫星、天文望远镜的后随观测。

本文作者：

孙正凡，天体物理学博士、科普作家。

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