中法首颗天文卫星成功发射：专注研究宇宙伽马射线

出品：科普中国

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监制：中国科普博览

据2024年6月23日第一财经报道，历时近20年合作研制，中法首颗天文卫星——空间可变物体监测卫星（SVOM）6月22日从中国西昌卫星发射中心发射成功。这颗重达930公斤的卫星是迄今为止全球用于研究最远恒星“伽马暴”多波段综合观测能力最强的卫星，有助于研究宇宙的起源。

（图片来源：新华社 陈昊杰摄）

早在2018年，首颗中法海洋卫星发射升空，这次双方将合作领域延伸到太空，是一次全新的拓展。

中法天文卫星的英文简称是SVOM，又名天基多波段空间变源监视器，该卫星可对从可见光到伽马射线的多个波段电磁频谱进行探测，尤其是观测大质量恒星爆发等事件形成的伽马射线源。当然，中子星等致密天体合并也会释放伽马射线。SVOM卫星的出现，代表中法空间合作进入新的阶段。

SVOM卫星示意图

（图片来源：SVOM卫星网站）

法国是第一个与中国签订政府间科技合作协定的西方国家，从1978年至今双方有40多年的合作历史。中法还在1997年签署了《研究与和平利用外层空间合作协定》，2023年4月，中国向法国赠送1.5克科学用月壤样品，这是嫦娥五号任务从月球正面的风暴洋东北部中国天船基地获取的。

前不久刚发射的嫦娥六号，也搭载了一台法方提供的氡气探测仪。这次中法再次在空间领域合作，双方将目标锁定在宇宙中的伽马射线暴领域，共同研究宇宙中能量极高、充满神秘色彩的高能事件。

在上海集成的SVOM卫星鉴定模型

（图片来源：SVOM卫星网站）

SVOM卫星主要用于探测宇宙伽马暴

SVOM卫星的重点是探测宇宙中最强的能量释放：伽马暴。中法科学家预计，SVOM卫星理论上每年可探测100次来自遥远宇宙深处的高能伽马射线释放。宇宙中伽马暴的特点有：

第一，能量极为巨大。典型的伽马暴所释放的能量，相当于太阳在整个生命周期内所产生的能量总和，主要形成于大质量恒星爆发或者中子星合并，其具体形成机制仍然有许多未解之谜。比如科学家推测，银河系内的磁星可能会形成软伽马射线，进而可能威胁到地球生命，但这个说法还需要更多的证据支持，这也是SVOM卫星对伽马暴进行研究的意义。

第二，距离我们非常遥远。当前我们发现的伽马暴都在数亿至数十亿光年外的星系中，有些伽马暴甚至形成于宇宙刚诞生不久的数亿年，由于能量极为强大，仍然可以被我们探测到。研究这些来自古老恒星释放的伽马射线，有助于我们解开关于宇宙形成的众多奥秘，以及宇宙早期大质量恒星的一些谜团。

第三，持续时间极短。伽马暴闪光一般仅持续几千分之一秒，但科学家也发现有些伽马暴持续时间可长达数秒至数十秒不等，还有长达若干小时的超长伽马暴，各种形式的伽马暴形成机制不同，其背后的高能物理事件目前仍然是科学界追逐的焦点。

SVOM 卫星在上海进行热真空测试时的鉴定模型

（图片来源：SVOM卫星网站）

为了实现这个目标，该卫星搭载了4台主要仪器，分别为法国制造的ECLAIR 望远镜和MXT望远镜，主要用于探测X射线波段和低能伽马射线；中方制造的GRM伽马射线暴监测器和VT可见光望远镜，这两台设备可分别探测高能伽马暴和瞬间产生的可见光。

为了能够增强SVOM卫星的观测能力，该系统还配备了一个大型地面站，安装了广角相机和GFT跟踪望远镜，两者用于定位伽马射线源的位置。

从以上仪器配置可以看出，SVOM卫星不仅能探测伽马射线暴，还能对X射线、可见光进行探测。这是因为短暂而强烈的伽马射线暴发生的时候，通常会伴随X射线和可见光的强大释放，这些可见光释放可以持续数天之久，同时还能对伽马源进行精确定位。

费米伽马射线太空望远镜

（图片来源：NASA）

国际上同类天文卫星还有哪些？

在国际上，探测伽马暴是个热点研究方向，美国宇航局在2004年发射了雨燕伽马射线天文台，专门用于探测伽马暴，还有2008年发射的费米伽马射线太空望远镜，通过大面积巡天的方式研究宇宙中的高能事件，比如活动星系核、脉冲星、暗物质等。

更早期的项目有1991年发射的康普顿伽马射线天文台，由航天飞机携带进入太空。这些伽马射线探测项目，取得了相当多的研究成果，比如康普顿伽马射线天文台巡天，对蟹状星云、天鹅座X-1、银河系中心、超新星1987A进行了深度观测，记录到数千个伽马射线源，并发现这些伽马源在天空中的分布是各向同性的。

费米伽马射线巡天取得的成果更多，从探测伽马射线，延伸到研究活动星系核、中子星与超新星遗迹，甚至是寻找暗物质在宇宙中的分布。

这些科学研究看似是观测宇宙中的天文事件，其实对基础物理学有重大的科研价值，比如我们探测黑洞活动产生的伽马射线，这是将量子力学与广义相对论统一的潜在研究，所以SVOM卫星项目的实施，对推动我国的基础物理学研究也有巨大的促进意义。

伽马射线释放想象图

（图片来源：hubblesite.org）

SVOM卫星是专门探测伽马暴的天文卫星，从分工上看，还有专门观测和研究X射线的卫星，比如我国的硬X射线调制望远镜卫星，用于观测黑洞、中子星等高能天体的X射线释放。

欧洲空间局发射的XMM-牛顿卫星，美国宇航局发射的钱德拉X射线天文台，都是比较知名的X射线天文卫星。还有擅长通过红外波段探测宇宙的天文卫星，比如广域红外线巡天探测卫星、詹姆斯·韦伯空间望远镜等。

我国在2020年发射的引力波暴高能电磁对应体全天监测器，这是专门研究引力波的天文卫星。天文卫星的特点是可以部署在轨道上，没有大气层的阻挡，可以接收到来自遥远天体的电磁波辐射，可研究宇宙中各种天体事件。比如哈勃望远镜，为我们展示了宇宙中前所未有的天体图像，推动了多学科发展。

引力波暴高能电磁对应体全天监测器在轨道上的示意图

（图片来源：中国青年网）

我国近期在天文卫星方向上的发展

SVOM卫星发射说明我国在天文卫星的发展上已经打开了新的篇章。未来几年值得期待的项目包括巡天号光学舱，还有天琴计划所需的引力波探测卫星。

巡天号光学舱是天宫空间站的组成部分之一，视场可达哈勃望远镜的300多倍。巡天号光学舱的轨道有可能比天宫空间站更高，可独立脱离空间站飞行，在需要的时候可以对接空间站进行维护。这种设计充分利用了天宫空间站平台的优势，成为我国在轨道上的一个重要支持设施。参考哈勃望远镜的维修，它也需要宇航员手动实施，对接空间站进行维护可以降低相关风险。

巡天号光学舱预计在2026年发射入轨，设计寿命达到10年以上，可以预测我国未来对深空天体的研究将出现一次较大的飞跃。

巡天号光学舱模型

（图片来源：维基百科）

天琴计划则是专门研究引力波，计划发射3颗卫星与地面进行组网，探测宇宙中的引力波。这个项目预计在2025年到2030年之间启动。引力波是近年来一个热门科学研究方向，2017年的时候，科学家首次探测到引力波的存在，距离地球仅为1.3亿光年，是两颗中子星合并所释放的。

引力波事件还与电磁波释放存在关联，因为引力波形成于中子星合并，同时也释放出伽马射线，标志着多信使天文学时代已经来临。当我国有了多种探测宇宙事件的平台后，理论上就可以对某个天体事件进行联合观测，通过多种观测手段掌握其科学现象和规律，为接下来的基础科学等多领域发展奠定了基础。

参考文献：

[1] 法国天体物理与行星学研究所：研究最遥远恒星爆炸的SVOM任务成功发射

[2] 维基：天基多波段空间变源监视器与伽马射线暴

[3] 央视网：推动中法科技创新合作迈上新台阶