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熊少林:“极目”迥望，尽览宇宙风光|环球资讯

2023-03-27 10:04:47来源：科技日报

(资料图片仅供参考)

科技日报实习记者都芃

在科幻电影中，宇宙广袤而宁静。其实，剧烈的天体活动时常在宇宙深处上演：恒星的生老病死、星系的碰撞融合……在此期间，天体通常会释放巨大的能量，并产生引力波、伽马射线暴（简称伽马暴）等高能天体爆发现象，为人类探索宇宙提供重要信息。

2022年底，我国“怀柔一号”极目科学卫星产生的首批科学数据正式发布，其中包括75个伽马暴的详细观测数据，有力支撑了中外天文学家开展伽马暴的“多波段、多信使”联合观测研究。“怀柔一号”极目科学卫星项目首席科学家、中国科学院高能物理研究所（以下简称中科院高能所）研究员熊少林因在相关领域取得杰出的研究成果，被评为中国空间科学领域2022年度“最美科技工作者”。

初见引力波留下遗憾

时至今日，回忆起2017年第一次观测到中子星并合引力波，熊少林仍感到十分激动。“此前，我看到的引力波都是由黑洞并合产生的，没有发出光。那次，两颗中子星并合不仅产生了引力波，还发出了光。可以说，这是人类第一次真正意义上‘看到’了引力波。”他说。

2017年8月17日，美国激光干涉引力波天文台（LIGO）首次捕捉到来自双中子星并合产生的引力波信号。该事件发生时，全球仅有4台X射线和伽马射线望远镜成功监测到爆发天区，我国首枚X射线天文望远镜——“慧眼”便是其中之一，其对引力波伴随产生的伽马暴在兆电子伏能区的辐射性质给出了最严格的限制，为全面理解该引力波事件的物理机制作出了重要贡献。

熊少林与“慧眼”的缘分要追溯到2004年。

当年，出于对基础物理的热爱，本科在清华大学学工程物理专业的熊少林来到中科院高能所读研。彼时，他的导师、中国科学院院士李惕碚正在开展“慧眼”的预研工作。熊少林一入所，“慧眼”部分研究任务便分配给他。

“那时，我刚从工程物理专业转过来，一下子就承担这么重要的工作，脑子一片空白。”熊少林回忆道，要研制一个科学仪器，理论上至少应该用过它，但现实情况是“我见都没见过”。

没接触过空间望远镜相关设备，研制团队决定从数据入手。熊少林告诉记者，虽然没用过空间望远镜，但望远镜应该得出怎样的科学数据，团队成员是很清楚的。“我们可以利用国外已有的空间望远镜数据进行倒推，思考望远镜怎样设计才能够得到这样的数据。”他说。

当时，还有些稚嫩的熊少林跟在老师和师兄、师姐后面，从画图开始学起。“我什么工作都做，有时候做试验需要器材，就自己跑去中关村买。点点滴滴，自己也学了不少东西。”他回忆道。

“慧眼”并非为观测伽马暴而生，其最初目标主要是观测银河系中黑洞和中子星发出的X射线。后来在时任“慧眼”卫星首席科学家、中国科学院粒子天体物理重点实验室主任张双南的建议下，熊少林所在团队开始评估能否利用“慧眼”对伽马暴进行观测。

“分析结果显示，这样还真可以。”熊少林说，他对“慧眼”能够观测伽马暴颇感意外，“最开始我们经验不足，没往伽马暴观测这方面想”。

但由于并非为观测伽马暴而生，“慧眼”卫星能够观测到的伽马暴能量范围较为有限，这也导致其在首例中子星并合引力波事件中没有得到更多的有效数据。

“我当时感到非常遗憾。这也促使我们下定决心，要做一个专门用于伽马暴尤其是引力波伽马暴观测的卫星。”熊少林回忆道。

在席卷天文界的引力波研究热潮下，“怀柔一号”极目科学卫星应运而生。

为高能天体爆发“站岗放哨”

“怀柔一号”极目科学卫星是个“短平快”的项目：2016年提出项目概念、2020年发射，从概念出炉到上天运行，只花了4年时间。“这样的速度对于空间项目来说，是极为迅速的。”熊少林说，“怀柔一号”极目科学卫星项目能够被如此迅速地完成，很大程度上得益于中国科学院灵活的机制安排。

针对科学研究的重大机遇，中国科学院战略性先导科技专项“空间科学（二期）”设立了机遇型空间项目。“‘怀柔一号’极目科学卫星就属于机遇型项目，这类项目是针对突然出现的科学机遇，能够以较小的成本快速投入，迅速抓住机遇，获得科学产出。”熊少林介绍，借助这一机制，“怀柔一号”得以免除冗长的“排队”等候，“插队”进入工程论证和研制周期。

熊少林口中的机遇是近年来在天文界掀起的引力波研究热潮。“当时我们预计，2020年LIGO探测器的灵敏度将有较大提升，这会给引力波研究带来强大的支持，是探测研究引力波电磁对应体的重要机遇窗口，我们不能错过。”熊少林说，“怀柔一号”极目科学卫星的发射运行使我国在引力波及其电磁对应体探测研究领域占据了一席之地。

除了直接观测引力波、伽马暴等高能天体爆发现象，“怀柔一号”极目科学卫星的另一大任务是为各种类型的高能天体爆发“站岗放哨”。一旦该卫星发现爆发天体，便立即将相关信息下传至地面，引导地面和其他空间天文观测设备迅速开展后续观测。

如何将“哨声”以最快的速度传至地面，成为“怀柔一号”极目科学卫星在研制时面临的一大难题。“此前的科学卫星只有在飞到地面接收站‘头顶’时才能下传数据，但这样做等候时间太长，动辄需要几个小时，无法满足该卫星迅速引导科学观测的需求。”熊少林说，自己和其他团队成员被这一难题困扰了许久。

转机来得十分偶然。就在熊少林为数据下传问题苦恼时，他不经意间看见一则新闻：“南海渔民利用北斗卫星短报文服务收发信息”。这一下激发了他的灵感——“我们能不能也试试用北斗卫星来实现数据迅速下传？”

想法很大胆，但具体能否实现，熊少林心里没底。“北斗卫星的短报文服务此前主要面向地面用户，科学卫星飞得那么快，能用得上吗？”他说。

但令熊少林没想到的是，他们向北斗卫星团队提出这一想法后，两支团队一拍即合，立即展开了相关研究。2021年1月，“怀柔一号”极目科学卫星成功通过北斗三号卫星导航系统，即时将伽马射线暴观测警报下传至地面，揭开了北斗导航系统服务应用于空间科学与宇宙探测的序幕。

希望学生能多在事上磨

一说到自己的专业，熊少林的眼里便泛出光。热爱，是驱动他走到今天的主要动力。

“选择一个自己感兴趣的方向很重要，这样即使碰到困难，也会心甘情愿地去付出。”熊少林说。

对于自己的学生，熊少林希望他们可以足够细心、敏感，并拥有开阔的视野，和不同领域的团队进行广泛交流。“就像我们想到可以和北斗卫星团队展开合作一样，我希望他们也能时刻保持高度敏感，还要有足够开阔的视野，这样才能迅速将各种相关信息联系在一起，说不定什么时候就会派上用场。”他说。

相比事无巨细的指导，熊少林更愿意用具体的任务锻炼学生，让他们多在事上磨，正像他从“慧眼”和“怀柔一号”极目科学卫星研制工作中学到的那样。“我希望每个学生都能够有具体的事做，做的可以不完全是自己领域的工作，多做一点也不会有坏处。”他说。

在被问到自己的学生压力大不大时，熊少林指了指天花板。“当然大，他们现在正在楼上实验室里‘死磕’数据呢。”熊少林认为，“放眼全世界，要做出优秀成果不可能没有压力。杰出的科学家也一定是从压力中成长起来的。”

在熊少林及其团队的努力下，“慧眼”和“怀柔一号”极目科学卫星已经产出了一系列重要的成果，推动中国空间高能天文研究迈上更高台阶。