在科幻電影中，宇宙廣袤而寧靜。其實，劇烈的天體活動時常在宇宙深處上演：恒星的生老病死、星系的碰撞融合……在此期間，天體通常會釋放巨大的能量，并產(chǎn)生引力波、伽馬射線暴（簡稱伽馬暴）等高能天體爆發(fā)現(xiàn)象，為人類探索宇宙提供重要信息。
2022年底，我國“懷柔一號”極目科學(xué)衛(wèi)星產(chǎn)生的首批科學(xué)數(shù)據(jù)正式發(fā)布，其中包括75個伽馬暴的詳細(xì)觀測數(shù)據(jù)，有力支撐了中外天文學(xué)家開展伽馬暴的“多波段、多信使”聯(lián)合觀測研究。“懷柔一號”極目科學(xué)衛(wèi)星項目首席科學(xué)家、中國科學(xué)院高能物理研究所（以下簡稱中科院高能所）研究員熊少林因在相關(guān)領(lǐng)域取得杰出的研究成果，被評為中國空間科學(xué)領(lǐng)域2022年度“最美科技工作者”。
【資料圖】
初見引力波留下遺憾
時至今日，回憶起2017年第一次觀測到中子星并合引力波，熊少林仍感到十分激動。“此前，我看到的引力波都是由黑洞并合產(chǎn)生的，沒有發(fā)出光。那次，兩顆中子星并合不僅產(chǎn)生了引力波，還發(fā)出了光?？梢哉f，這是人類第一次真正意義上‘看到’了引力波。”他說。
2017年8月17日，美國激光干涉引力波天文臺（LIGO）首次捕捉到來自雙中子星并合產(chǎn)生的引力波信號。該事件發(fā)生時，全球僅有4臺X射線和伽馬射線望遠(yuǎn)鏡成功監(jiān)測到爆發(fā)天區(qū)，我國首枚X射線天文望遠(yuǎn)鏡——“慧眼”便是其中之一，其對引力波伴隨產(chǎn)生的伽馬暴在兆電子伏能區(qū)的輻射性質(zhì)給出了最嚴(yán)格的限制，為全面理解該引力波事件的物理機(jī)制作出了重要貢獻(xiàn)。
熊少林與“慧眼”的緣分要追溯到2004年。
當(dāng)年，出于對基礎(chǔ)物理的熱愛，本科在清華大學(xué)學(xué)工程物理專業(yè)的熊少林來到中科院高能所讀研。彼時，他的導(dǎo)師、中國科學(xué)院院士李惕碚正在開展“慧眼”的預(yù)研工作。熊少林一入所，“慧眼”部分研究任務(wù)便分配給他。
“那時，我剛從工程物理專業(yè)轉(zhuǎn)過來，一下子就承擔(dān)這么重要的工作，腦子一片空白。”熊少林回憶道，要研制一個科學(xué)儀器，理論上至少應(yīng)該用過它，但現(xiàn)實情況是“我見都沒見過”。
沒接觸過空間望遠(yuǎn)鏡相關(guān)設(shè)備，研制團(tuán)隊決定從數(shù)據(jù)入手。熊少林告訴記者，雖然沒用過空間望遠(yuǎn)鏡，但望遠(yuǎn)鏡應(yīng)該得出怎樣的科學(xué)數(shù)據(jù)，團(tuán)隊成員是很清楚的。“我們可以利用國外已有的空間望遠(yuǎn)鏡數(shù)據(jù)進(jìn)行倒推，思考望遠(yuǎn)鏡怎樣設(shè)計才能夠得到這樣的數(shù)據(jù)。”他說。
當(dāng)時，還有些稚嫩的熊少林跟在老師和師兄、師姐后面，從畫圖開始學(xué)起。“我什么工作都做，有時候做試驗需要器材，就自己跑去中關(guān)村買。點點滴滴，自己也學(xué)了不少東西。”他回憶道。
“慧眼”并非為觀測伽馬暴而生，其最初目標(biāo)主要是觀測銀河系中黑洞和中子星發(fā)出的X射線。后來在時任“慧眼”衛(wèi)星首席科學(xué)家、中國科學(xué)院粒子天體物理重點實驗室主任張雙南的建議下，熊少林所在團(tuán)隊開始評估能否利用“慧眼”對伽馬暴進(jìn)行觀測。
“分析結(jié)果顯示，這樣還真可以。”熊少林說，他對“慧眼”能夠觀測伽馬暴頗感意外，“最開始我們經(jīng)驗不足，沒往伽馬暴觀測這方面想”。
但由于并非為觀測伽馬暴而生，“慧眼”衛(wèi)星能夠觀測到的伽馬暴能量范圍較為有限，這也導(dǎo)致其在首例中子星并合引力波事件中沒有得到更多的有效數(shù)據(jù)。
“我當(dāng)時感到非常遺憾。這也促使我們下定決心，要做一個專門用于伽馬暴尤其是引力波伽馬暴觀測的衛(wèi)星。”熊少林回憶道。
在席卷天文界的引力波研究熱潮下，“懷柔一號”極目科學(xué)衛(wèi)星應(yīng)運而生。
為高能天體爆發(fā)“站崗放哨”
“懷柔一號”極目科學(xué)衛(wèi)星是個“短平快”的項目：2016年提出項目概念、2020年發(fā)射，從概念出爐到上天運行，只花了4年時間。“這樣的速度對于空間項目來說，是極為迅速的。”熊少林說，“懷柔一號”極目科學(xué)衛(wèi)星項目能夠被如此迅速地完成，很大程度上得益于中國科學(xué)院靈活的機(jī)制安排。
針對科學(xué)研究的重大機(jī)遇，中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項“空間科學(xué)（二期）”設(shè)立了機(jī)遇型空間項目。“‘懷柔一號’極目科學(xué)衛(wèi)星就屬于機(jī)遇型項目，這類項目是針對突然出現(xiàn)的科學(xué)機(jī)遇，能夠以較小的成本快速投入，迅速抓住機(jī)遇，獲得科學(xué)產(chǎn)出。”熊少林介紹，借助這一機(jī)制，“懷柔一號”得以免除冗長的“排隊”等候，“插隊”進(jìn)入工程論證和研制周期。
熊少林口中的機(jī)遇是近年來在天文界掀起的引力波研究熱潮。“當(dāng)時我們預(yù)計，2020年LIGO探測器的靈敏度將有較大提升，這會給引力波研究帶來強(qiáng)大的支持，是探測研究引力波電磁對應(yīng)體的重要機(jī)遇窗口，我們不能錯過。”熊少林說，“懷柔一號”極目科學(xué)衛(wèi)星的發(fā)射運行使我國在引力波及其電磁對應(yīng)體探測研究領(lǐng)域占據(jù)了一席之地。
除了直接觀測引力波、伽馬暴等高能天體爆發(fā)現(xiàn)象，“懷柔一號”極目科學(xué)衛(wèi)星的另一大任務(wù)是為各種類型的高能天體爆發(fā)“站崗放哨”。一旦該衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)爆發(fā)天體，便立即將相關(guān)信息下傳至地面，引導(dǎo)地面和其他空間天文觀測設(shè)備迅速開展后續(xù)觀測。
如何將“哨聲”以最快的速度傳至地面，成為“懷柔一號”極目科學(xué)衛(wèi)星在研制時面臨的一大難題。“此前的科學(xué)衛(wèi)星只有在飛到地面接收站‘頭頂’時才能下傳數(shù)據(jù)，但這樣做等候時間太長，動輒需要幾個小時，無法滿足該衛(wèi)星迅速引導(dǎo)科學(xué)觀測的需求。”熊少林說，自己和其他團(tuán)隊成員被這一難題困擾了許久。
轉(zhuǎn)機(jī)來得十分偶然。就在熊少林為數(shù)據(jù)下傳問題苦惱時，他不經(jīng)意間看見一則新聞：“南海漁民利用北斗衛(wèi)星短報文服務(wù)收發(fā)信息”。這一下激發(fā)了他的靈感——“我們能不能也試試用北斗衛(wèi)星來實現(xiàn)數(shù)據(jù)迅速下傳？”
想法很大膽，但具體能否實現(xiàn)，熊少林心里沒底。“北斗衛(wèi)星的短報文服務(wù)此前主要面向地面用戶，科學(xué)衛(wèi)星飛得那么快，能用得上嗎？”他說。
但令熊少林沒想到的是，他們向北斗衛(wèi)星團(tuán)隊提出這一想法后，兩支團(tuán)隊一拍即合，立即展開了相關(guān)研究。2021年1月，“懷柔一號”極目科學(xué)衛(wèi)星成功通過北斗三號衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，即時將伽馬射線暴觀測警報下傳至地面，揭開了北斗導(dǎo)航系統(tǒng)服務(wù)應(yīng)用于空間科學(xué)與宇宙探測的序幕。
希望學(xué)生能多在事上磨
一說到自己的專業(yè)，熊少林的眼里便泛出光。熱愛，是驅(qū)動他走到今天的主要動力。
“選擇一個自己感興趣的方向很重要，這樣即使碰到困難，也會心甘情愿地去付出。”熊少林說。
對于自己的學(xué)生，熊少林希望他們可以足夠細(xì)心、敏感，并擁有開闊的視野，和不同領(lǐng)域的團(tuán)隊進(jìn)行廣泛交流。“就像我們想到可以和北斗衛(wèi)星團(tuán)隊展開合作一樣，我希望他們也能時刻保持高度敏感，還要有足夠開闊的視野，這樣才能迅速將各種相關(guān)信息聯(lián)系在一起，說不定什么時候就會派上用場。”他說。
相比事無巨細(xì)的指導(dǎo)，熊少林更愿意用具體的任務(wù)鍛煉學(xué)生，讓他們多在事上磨，正像他從“慧眼”和“懷柔一號”極目科學(xué)衛(wèi)星研制工作中學(xué)到的那樣。“我希望每個學(xué)生都能夠有具體的事做，做的可以不完全是自己領(lǐng)域的工作，多做一點也不會有壞處。”他說。
在被問到自己的學(xué)生壓力大不大時，熊少林指了指天花板。“當(dāng)然大，他們現(xiàn)在正在樓上實驗室里‘死磕’數(shù)據(jù)呢。”熊少林認(rèn)為，“放眼全世界，要做出優(yōu)秀成果不可能沒有壓力。杰出的科學(xué)家也一定是從壓力中成長起來的。”
在熊少林及其團(tuán)隊的努力下，“慧眼”和“懷柔一號”極目科學(xué)衛(wèi)星已經(jīng)產(chǎn)出了一系列重要的成果，推動中國空間高能天文研究邁上更高臺階。
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