美发射“核光谱望远镜阵列”探测宇宙黑洞-科教台-中国网络电视台

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图为“观星者”飞机在空中释放运载“核光谱望远镜阵列”的火箭。新华社发

　　在浩瀚无垠的宇宙中，最神秘莫测、天文学家最热衷研究探索的莫过于黑洞。事实上，这个试图用引力把自己遮盖得严严实实的家伙，不仅频繁出没于科幻故事之中，而且时常会出镜于新闻媒体。

　　据美国国家航空航天局（NASA）网站报道，当地时间6月13日上午9时（北京时间14日凌晨1点）从太平洋地区的马绍尔群岛成功发射的“核光谱望远镜阵列”（NuSTAR），更是耀亮了人们的眼球，因为它会像猎手一样去捕捉宇宙中黑洞的信息，以及详细观测超高密度中子星和超新星残骸等。

　　探测路径

　　根据现代广义相对论的预言，黑洞是在宇宙空间中存在的一种质量相当大的天体，是由质量足够大的恒星在核聚变反应的燃料耗尽而死亡后，发生引力坍缩而形成。黑洞的质量如此之大，所产生的引力场如此之强，以至于任何物质和辐射都无法逃逸，就连光也是如此。由于其类似于热力学上完全不反射光线的黑体，故名为黑洞。

　　那么，黑洞是怎么把自己隐藏起来的呢？答案就是——弯曲的空间。我们知道，光是沿直线传播的。可是根据广义相对论，空间会在引力场作用下弯曲。这时候，光虽然仍然沿任意两点间的最短距离传播，但走的已经不是直线，而是曲线。形象地讲，好像光本来是要走直线的，只不过强大的引力把它拉得偏离了原来的方向。在地球上，由于引力场作用很小，空间的弯曲是微乎其微的。而在黑洞周围，空间的这种变形非常大。这样，即使是被黑洞挡着的恒星发出的光，虽然有一部分会落入黑洞中消失，可另一部分光线会通过弯曲的空间绕过黑洞而到达地球，使人类能够观察到黑洞背面的星空，就像黑洞不存在一样，这就是黑洞的隐身术。

　　由于黑洞中的光无法逃逸，所以无法直接观测到黑洞。然而，可以通过测量它对周围天体的作用和影响来间接观测或推测到它的存在。比如说，恒星在被吸入黑洞时会在黑洞周围形成吸积气盘，盘中气体剧烈摩擦，强烈发热，而发出X射线。借由对这类X射线的观测，可以间接发现黑洞并对其进行研究。

　　2004年2月18日，NASA宣称，欧美一些科学家通过分析牛顿X射线望远镜和钱德拉X射线望远镜的一些探测数据，找到了黑洞撕裂恒星的第一个证据。在距地球7亿光年的RXJ1242-11星系中，一颗太阳大小的恒星，在经过星系中心的1亿倍太阳质量的巨型黑洞时，被部分撕裂。

　　而此次发射的“核光谱望远镜阵列”X射线空间望远镜，可以有效地作为前两种只能在较低能量的波段观测X射线闪光的空间望远镜的补充。当然，X射线空间望远镜的图像不可能和哈勃望远镜拍摄的图像媲美，毕竟哈勃是以可见光波段为主。

　　一波三折

　　尽管NASA于6月7日声称，一个关于黑洞的探测项目——重力与极磁场小型探测器（GEMS）因预算超支而下马，但紧接着提上日程的是，13日采用低成本方式发射的NuSTAR高能X射线望远镜将继续对黑洞的探索。

　　殊不知，NuSTAR也曾差点被取消。2003年，NASA在征寻太空探测方案时，接到小探测工程计划的36个方案，其中就包括NuSTAR计划。经过两三年反复的选择衡量，NASA选定NuSTAR进行一年的可行性研究。2006年2月，这个计划因为下一年度的科学预算被缩减而取消。所幸的是，2007年9月2日，NuSTAR计划被重新启动，并预期在2011年8月发射，但因为一些原因而延期。

　　直到最近，NASA和轨道科学公司的合约确认要以该公司的飞马座XL于2012年发射NuSTAR。发射时间一再更改之后，终于确定为6月13日，发射地点选在瓜加林环礁。

　　此次发射采取的是空中发射方式，这样比地面发射要大大节省燃料成本。NuSTAR探测器的观测之旅开始于由美国轨道科学公司运营的L-1011“观星者”运载机。它由一枚“飞马座XL”空射火箭搭载，火箭本身被悬挂在运载机的机腹下方。在发射前一小时，运载机从位于太平洋中部的瓜加林环礁机场起飞，太平洋时间13日上午9时，空射火箭脱离运载机，自由落体5秒后自动点火，第一级火箭发动机启动，随后将NuSTAR推入轨道。

　　本领超强

　　NuSTAR项目由美国加州理工学院和NASA喷气推进实验室合作开展。最初是加州理工学院发起，由NASA喷气推进实验室(JPL)负责管理。探测器本身由美国轨道科学公司制造，而其搭载的各种设备由加州理工、NASA喷气推进实验室、加州大学伯克利分校、哥伦比亚大学、NASA戈达德空间飞行中心、劳伦斯利佛莫尔国家实验室以及丹麦技术大学等机构提供。

　　这颗探测器造价约1.7亿美元，是美国低成本“小型探测器项目”的一部分，是NASA小探测工程计划中的第11颗卫星（SMEX-11）。任务时长2年，轨道高度550公里。

　　其前身是使用气球搭载的高能聚焦望远镜，使用的仪器技术相当类似。望远镜类型近似锥形沃尔特一型望远镜（掠射望远镜）。观测的波段是来自天体的5keV到80keV（千电子伏）之间的高能X射线，尤其是核光谱。它是能量超过钱德拉X射线天文望远镜和XMM-牛顿卫星所观测波段的第一颗直接摄影的太空X射线望远镜。

　　项目首席科学家、加州理工学院教授菲奥娜·哈里森说，NuSTAR是第一颗专注于高能X射线的望远镜，其影像清晰度比观测同光谱区的任何其他望远镜都要高至少10倍，敏感度则提高至少100倍。

　　NuSTAR采用的独特技术包括一个33英尺（约合10米）长的桅杆，在发射时它呈折叠状态安放。在大约7天时间内，工程师们将指令这一桅杆逐渐展开，从而帮助探测器准确定焦。其在轨道上会展开太阳能帆板给电池充电，23天后即可开始科学探测工作。

　　锁定黑洞

　　NuSTAR主要的科学目标是深度探索质量超过太阳10亿倍的黑洞，并了解粒子在活动星系核如何被加速到光速的百分之几，以及研究超新星残骸以了解重元素如何在超新星中形成。探测器将使用独特的技术对宇宙中最高能级的X射线辐射展开观察。它的探测装置能穿透尘埃气体云，发现我们银河系核心隐匿着的黑洞，以及隐藏在其他遥远星系核心的黑洞。

　　哈里森说：“通过这个全新的高能X射线望远镜，我们将看到（宇宙中）最热、最密和最具能量的物质，以帮助我们找到那些最难以捉摸、最活跃的黑洞目标，来理解宇宙的结构。”

　　NASA天体物理部门主管保罗·赫兹说：“借助这颗卫星所具备的前所未有的高空间和光谱分辨率，我们将大大加深对电磁波的X射线波段的了解。这一项目也将对现有的大型空间观测望远镜，如费米、钱德拉、哈勃和斯皮策望远镜的数据提供重要补充。”

　　除了黑洞和其他强大的喷流现象，NuSTAR还将对宇宙中其他许多高能天体展开观测，包括超新星遗迹、致密恒星体(如白矮星、中子星)以及星系群。它将和NASA的其他大型空间望远镜协调进行，包括同样工作于X射线波段的钱德拉望远镜，后者的工作波段主要集中在低能X射线领域。这样的强强联合将帮助回答有关宇宙的一些最基本问题。NuSTAR还将对太阳大气开展观测，尝试解答太阳的大气加热模式问题。

　　加利福尼亚大学的理论家史蒂夫·吉丁斯曾说：“可能探测黑洞的信息将导致一场革命，意义和量子力学的出现一样深远。通过破译黑洞的信息，人类可能会发现宇宙的另一边是怎样的。”（记者华凌综合外电）

责任编辑：王巍