想知道和生命是如何起源的吗?想知道太阳系和人类的未来命运吗?想知道黑洞里究竟有什么吗?想知道“第二颗地球”究竟在哪里吗?这些,都是空间科学正在努力研究的方向。
2017年3月17日,中国科学院国家空间科学中心宣布,我国空间科学任务概念征集工作已完成,有80个应征项目通过遴选。应征项目涵盖了空间科学全部学科领域,将会推动我国空间科学、空间技术、空间应用的全面发展,使我国的空间科学水平更上一层楼。
空间科学是以空间飞行器为主要平台,研究发生在日地空间、际空间乃至整个空间的物理、天文、化学、生命等自然现象及其规律的科学。伴随着人类探索太空的脚步越走越远,空间科学对于人类社会和文明的影响也越来越大,因此成为世界强国高度重视和争相支持的学科。
21世纪以来,空间科学与技术的发展日新月异,空间科学作为能够引领密集技术创新的前沿交叉学科,在国家发展中发挥着越来越重要的作用。
2013年,由“长征二号F”改进型运载火箭发射的“神舟十号”成功对接“天宫一号”,并开展了首次太空授课活动;同年,“嫦娥三号”登月探测器成功发射,并顺利完成探月任务,这表明中国在空间技术方面已经具备了一定的基础。同时,由中国科学院牵头的“空间科学战略性先导科技专项”(简称“空间科学先导专项”)也有了重大的突破,暗物质粒子探测卫星、“实践十号”科学卫星、量子科学试验卫星等先后成功发射,标志着我国的空间科学事业进入了新的发展阶段。
暗物质粒子探测卫星是通过高能粒子、伽马射线来寻找和研究暗物质粒子的,被命名为“悟空”,希望它可以像拥有火眼金睛的孙悟空一样探测到神秘的暗物质。陈良宇是谁的儿子“悟空”已于2015年12月17日在酒泉卫星发射中心成功发射,升空后成功地接收到了来自黑洞的伽马射线辐射,并取得了一系列的。
“实践十号”返回式科学卫星于2016年4月6日成功发射,返回舱于4月18日成功返回,其间开展了微重力科学、空间生命科学等19项科学试验。
量子科学试验卫星,又名“墨子号”,已于2016年8月16日成功发射,这是世界上首颗量子通讯卫星,也是国际上首次在空间大尺度下实现星地空间量子密钥生成和分发、星地空间量子保密通信等试验,这将有助于我国在量子通信技术上保持和扩大国际领先地位。
目前,虽然我国在空间科学的各个分支领域,包括空间天文、空间物理、科学等方面都有了一定的进步,但是因为我们依然大量使用国外科学卫星的数据,导致在空间科学领域很难有重大的原始。因此,我们需要尽快地推动我国的空间科学水平得到发展。
在未来一段时间内,中国空间科学究竟要做些什么事?这或许可以在中国科学院2016年发布的《2016—2030年空间科学规划研究报告》中找到答案。
在2030年前,中国的空间科学研究将重点关注两大主题:和生命是如何起源的;太阳系和人类的关系是怎样的。对于这两大主题,将会从的构成、是否存在突破现有理论的新规律以及生命的起源和演化、获取地球以外存在生命的等多方面进行展开。
为了解决上述的科学问题,必须有目标明确、技术可行、阶段发展的战略规划。因此,中国空间科学的发展目标是,至2020年,发射“十二五”立项的4颗科学卫星,新立项研制5~6颗卫星;至2025年完成“十三五”立项的科学卫星发射,新立项研制6~7颗科学卫星;至2030年,完成“十四五”立项的科学卫星发射,新立项研制7~8颗科学卫星。预计这些卫星将在学、量子物理、系外类地、引力波、太阳测量等方面取得重大的科学发现,为人类认识、探索太空作出重大贡献。
为了回答黑洞等极端和致密的性质是什么,以及这些如何与它们周围的相互作用等重要前沿科学问题,中国科学家启动了“黑洞探针”计划。
这项计划的科学目标就是通过观测中的各种黑洞等致密及伽马射线暴,来研究和理解极端物质。计划包含了硬X 射线调制望远镜卫星(简称HXMT)、天基多波段空间变源器(简称SVOM,中法合作的太空望远镜项目)、“天极”伽马暴偏振探测仪(简称POLAR,搭载在“天宫二号”上)这3个项目。
HXMT卫星是中国第一颗空间天文卫星,它所使用的硬X 射线波段成像的方法,是李惕碚院士和吴枚研究员发展的直接解调成像法。通俗来说,X射线就是能量较高的光子,它的能量要比可见光的光子能量高出上万倍,这些X射线携带了本身的大量活动信息,科学家也会通过X射线来研究,而能量较高的X射线,通常称为硬X射线。同时,HXMT还是国际上已有计划中,唯一能对黑洞等高能在硬X射线能区进行高灵敏度(窄视场)、高时间分辨(大面积)定点观测的空间设备。它可以对进行非常详细的扫描,可以观测黑洞、中子星、爆发等。HXMT卫星已经于2011年正式工程立项,并预计将于2017年发射。
中存在着各种各样的(黑洞、白矮星、类星体等),这些发出的电磁波辐射信号随时间的变化,会提供内部结构和自身活动的一些信息。为了了解各种的内部结构和剧烈活动过程,科学家们提出了“号脉”计划。
这个计划包括很多项目,其中的“爱因斯坦探针”计划(简称EP)、X射线时变与偏振探测卫星(简称XTP)已经入选空间科学先导专项“十二五”背景型号项目,该项目的目标是遴选出科学意义重大、创新性强且具备下一个五年计划发射技术可行性的卫星任务。
“爱因斯坦探针”的主要科学目标,涉及中几乎所有尺度的黑洞、中子星、伽马暴、激波暴、恒星冕活动等。它能够采用国际先进的大视场龙虾眼望远镜技术,在软X射线波段开展超快速、高灵敏度、高空间分辨率的全天巡天,并能实时警报其他天文设备以开展联合观测。它将作为黑洞主体的、各种尺度上的“潜伏”黑洞,将探测各类已知或未知的X射线暂现源和瞬变源,甚至有望为下一代引力波探测器捕获到引力波暴源的电磁对应体。
X射线时变与偏振探测卫星的特点是具有大探测面积和宽波段探测能力,并将致力于观测黑洞、普通中子星和磁星,研究黑洞、中子星等极端中的物理规律和高能辐射过程,研究的弥散X射线辐射的性质。它计划搭载的有效载荷包括高能X射线望远镜、低能X射线望远镜、X射线全天器、高能X射线偏振望远镜和低能X射线偏振望远镜等,总探测面积将比以往的X射线倍左右。该卫星计划将于2020年前发射。
要想回答生命从哪里来、我们是否是唯一的这些问题,科学家就必须努力搜寻太阳系外的类地,而且它们必须位于自己恒星的宜居带内。目前确认的系外大多是类木,且距离宿主恒星很近,不利于生命的存在。“系外探测”计划将致力于搜索太阳系外类地、类木, 并确定其质量、轨道(是否处于宜居带内)、物理特性、大气化学成分等,初步对中是否存在另一个地球这一基本问题作出回答。
这一计划包括了“系外类地探测”(简称STEP)、“外星黄道尘盘成像和系外类木/类地谱征研究”(简称JEEEDIS)、“寻找宜居地球——新地球”(简称NEarth)3个项目,其中STEP项目已经入选空间科学先导专项“十二五”背景型号项目。
STEP项目计划发射一颗针对太阳系外系统的空间高精度光学测量卫星,卫星携带一台口径1.2米的望远镜系统,采用空间亚微角秒级别的高精度测量和定位技术,对太阳系附近几百颗恒星开展高精度定位测量,对其系统和位于宜居带的类地等进行更全面、更深入的探测研究。它的科学目标是,搜寻太阳系附近的类地,对太阳系附近样本和三维轨道进行精确研究,以及标定距离尺度。
近年来,美国国家航空航天局和欧洲航天局部署了多个系外探测卫星计划,比如大名鼎鼎的美国“开普勒”空间望远镜和欧洲航天局正在筹划的“愿景”计划,他们都希望自己能够成为第一个发现可能存在生命的“撞线者”。这一领域留给中国的空间还有多少?答案是,不要太担心没有走到第一步,因为美国国家航空航天局和欧洲航天局已批准的计划都存在不同程度的缺陷,而STEP有我们自己的优势——高测量精度。据介绍,STEP设计定位测量精度达到0.5微角秒,是目前国际上定位测量精度最高的空间科学项目。STEP的预期科学不仅着眼于位于宜居带的类地,对可居住和地外生命的搜寻、探索作出重要贡献,还将对科学、太阳系演化和动力学、太空生命科学、空间高精度测量学等有巨大的促进和推动作用。
在国际上,太阳物理的研究目前有两个发展趋势:一是对小尺度的精细结构进行高时间分辨率和高空间分辨率的观测和研究;二是对大尺度活动和长周期结构及演化进行观测和研究。我国在未来几年内也将实施一系列的太阳探测计划,比如“太阳显微”计划、“太阳全景”计划、“锁链”计划等,这些计划将会针对太阳活动的微观现象和规律、太阳活动的宏观现象和规律、太阳活动如何影响地球空间等问题进行一系列的观测和研究。
对太阳的小尺度精细结构研究,将会围绕着“一磁二爆”(太阳、耀斑爆发、日冕物质抛射)来开展,并试图回答太阳的磁元本质、的小尺度特征、耀斑能量过程和日冕物质抛射的源区特征等一系列问题。这一任务主要由“太阳显微”计划来完成,包括了“深空太阳天文台”(简称DSO)、“太阳极区探测器”(SPORE)等4个项目。其中的DSO将携带口径1米的太阳望远镜、多波段紫外望远镜等多种载荷,为了可以长期对太阳进行观测,卫星将被发射到拉格朗日L1点。
研究太阳活动不仅要关注小尺度的特征,同时也需要关注太阳整体行为的研究,“太阳全景”计划就是希望可以解答太阳起源、大尺度特征、耀斑特性等问题。该计划包括了太阳立体测量等5个项目,其中的“先进天基太阳天文台”(简称ASO-S)是在原先的“空间太阳望远镜”基础上再次提出的项目,将致力于研究耀斑和日冕物质抛射之间的相互关系、行程规律等一系列重大问题。
太阳的活动和变化在各种时间尺度上影响着地球空间活动,因此我们需要了解太阳和际空间的相互作用。事实上,太阳比我们看到的更加活跃和复杂,黑子的半径甚至比地球半径更大,日冕物质抛射也能引起大的地磁暴现象,而这些磁暴也将影响电网之类的地面设施系统。“链锁”计划就是为了观测日地整体联系中的关键耦合,致力于解决空间天气事件的大尺度扰动能量的形成、、传输、转换和耗散的问题。该计划包含了“磁层-电离层-热层耦合小卫星星座探测”计划(简称MIT)在内的3个项目。其中的MIT项目由4颗极轨卫星构成,包括2颗电离层/热层卫星和2颗磁层卫星,致力于了解磁层-电离层-热层系统相互作用的关键途径和变化规律,该项目也已经进入空间科学先导专项“十二五”背景型号项目。
空间科学的研究是涉及人类和发展的基础科学,因此随着探测手段的不断完善和人类认知水平的不断提升,空间科学领域必将向着更深、更广、更精细的方向发展。除了上述介绍的计划外, 随着国家的投入越来越多,“微星”计划、“火星探测”计划、“小探测”计划等一系列的计划也将逐步进行,我们对于和生命的了解也将进一步加深,人类星辰大海的道也将越来越和宽广。
文章由325棋牌提供发布
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