09.14 打造捕捉引力波高能輻射的天網

日前，中國科學院宣佈啟動了戰略性先導科技專項“空間科學（二期）”。在本次宣佈的項目中，將首先發射的衛星名叫“引力波暴高能電磁對應體全天監測器”（GECAM）。

這個項目針對近年來新出現的引力波研究重大機遇，採取了“短平快”的策略，成為空間先導專項實施以來首個機遇型項目。

抓機遇：寶貴機會不容錯失

近年來，引力波相關研究取得了一系列突破性進展。2017年，諾貝爾物理學獎授予了引力波的發現者。引力波及其電磁對應體成為當前及今後很長時期內物理學和天文學的研究前沿，將產生一系列重大科學突破。

GECAM項目首席科學家、中科院高能物理所副研究員熊少林在接受《中國科學報》專訪時表示，到2020年，地面引力波探測器將達到設計靈敏度，預期發現大量的引力波事件，屆時將是探測研究引力波電磁對應體的重要機遇窗口，然而，現有的探測引力波高能電磁對應體的空間望遠鏡綜合性能不足，容易錯失寶貴的發現機會。

為了抓住引力波研究的重大機遇，中科院高能物理所於2016年提出了GECAM項目。

熊少林介紹，該項目具有全時全天視場、高靈敏度、良好的定位精度和寬能段覆蓋的綜合優勢，同時具備在軌觸發定位以及準實時下傳觸發信息的能力，可及時引導空間和地面望遠鏡的後隨觀測，其對引力波伽馬暴的綜合探測性能全面超過現有的或屆時將運行的觀測設備。

短平快：“到發射運行只有4年半”

針對科學研究的重大機遇，中科院戰略性先導科技專項“空間科學（二期）”設立了機遇型空間項目，使GECAM能夠進入快速而嚴謹的立項程序。

因為研製週期短、成本較低、科學產出快，GECAM被認為是一個“短平快”的項目。

“CECAM從2016年3月提出項目概念，2017年底進入工程論證階段，計劃2020年下半年發射運行。從提出概念到發射運行只有4年半，這對於空間項目來說是非常迅速的。”熊少林說，這一做法將我國的制度優勢，轉化為在競爭激烈的引力波電磁對應體探測研究領域的速度優勢。

“GECAM的發射運行將使我國在引力波及其電磁對應體探測研究領域快速佔據一席之地。”熊少林說。

GECAM將發現最多最全的引力波伽馬暴，並期待發現新型的引力波高能輻射現象，比如中子星與黑洞或黑洞與黑洞併合產生的高能輻射，取得突破性原創成果。GECAM也將在揭示快速射電暴的高能輻射、發現更多超長和超軟的伽馬暴、監測新的磁星爆發以及探測地球伽馬閃等方面取得重要成果。

　雙星聯手：捕捉天空任何位置的引力波伽馬暴

GECAM包含兩顆微小衛星，每顆衛星配備25個伽馬射線探測器，它們能探測伽馬射線光子，對光子逐個記錄到達時間、光子能量等信息。

這兩顆微小衛星將運行於約600公里高度的低地球軌道，軌道面相同，但軌道相位相反，即兩顆衛星總是位於地球的兩側。每顆衛星都能監測除了地球遮擋之外的全部天區，因而，兩顆衛星可聯合監測全部天區，形成捕捉引力波伽馬暴的天網。

“對於天空中任何位置發生引力波伽馬暴，GECAM至少有一顆衛星能觀測到。”熊少林說。

為了兼顧2020年發射的機遇窗口以及探測能力的先進性，GECAM項目以成熟技術為主，同時採用了自主創新的探測器技術以及新穎的準實時天地通信手段。

據悉，GECAM項目承擔單位主要包括中科院國家空間科學中心、微小衛星創新研究院以及高能物理研究所等。中科院國家空間科學中心負責GECAM衛星工程總體，中科院微小衛星創新研究院負責GECAM衛星系統抓總研製，中科院高能物理所負責GECAM有效載荷以及科學應用系統的研製。