據2024年6月23日第一財經報道，歷時近20年合作研制，中法首顆天文衛星——空間可變物體監測衛星（SVOM）6月22日從中國西昌衛星發射中心發射成功。這顆重達930公斤的衛星是迄今為止全球用於研究最遠恒星「Gamma暴」多波段綜合觀測能力最強的衛星，有助於研究宇宙的起源。
（圖片來源：新華社 陳昊傑攝）
早在2018年，首顆中法海洋衛星發射升空，這次雙方將合作領域延伸到太空，是一次全新的拓展。
中法天文衛星的英文簡稱是SVOM，又名天基多波段空間變源監視器，該衛星可對從可見光到Gamma射線的多個波段電磁頻譜進行探測，尤其是觀測大質素恒星爆發等事件形成的Gamma射線源。當然，中子星等致密天體合並也會釋放Gamma射線。SVOM衛星的出現，代表中法空間合作進入新的階段。
SVOM衛星示意圖
（圖片來源：SVOM衛星網站）
法國是第一個與中國簽訂政府間科技合作協定的西方國家，從1978年至今雙方有40多年的合作歷史。中法還在1997年簽署了【研究與和平利用外太空合作協定】，2023年4月，中國向法國贈送1.5克科學用月壤樣品，這是嫦娥五號任務從月球正面的風暴洋東北部中國天船基地獲取的。
前不久剛發射的嫦娥六號，也搭載了一台法方提供的氡氣探測儀。這次中法再次在空間領域合作，雙方將目標釘選在宇宙中的Gamma射線暴領域，共同研究宇宙中能量極高、充滿神秘色彩的高能事件。
在上海整合的SVOM衛星鑒定模型
（圖片來源：SVOM衛星網站）
SVOM衛星主要用於探測宇宙Gamma暴
SVOM衛星的重點是探測宇宙中最強的能量釋放：Gamma暴。中法科學家預計，SVOM衛星理論上每年可探測100次來自遙遠宇宙深處的高能Gamma射線釋放。宇宙中Gamma暴的特點有：
第一，能量極為巨大。 典型的Gamma暴所釋放的能量，相當於太陽在整個生命周期內所產生的能量總和，主要形成於大質素恒星爆發或者中子星合並，其具體形成機制仍然有許多未解之謎。比如科學家推測，銀河系內的磁星可能會形成軟Gamma射線，進而可能威脅到地球生命，但這個說法還需要更多的證據支持，這也是SVOM衛星對Gamma暴進行研究的意義。
第二，距離我們非常遙遠。 當前我們發現的Gamma暴都在數億至數十億光年外的星系中，有些Gamma暴甚至形成於宇宙剛誕生不久的數億年，由於能量極為強大，仍然可以被我們探測到。研究這些來自古老恒星釋放的Gamma射線，有助於我們解開關於宇宙形成的眾多奧秘，以及宇宙早期大質素恒星的一些謎團。
第三，持續時間極短。 Gamma暴閃光一般僅持續幾千分之一秒，但科學家也發現有些Gamma暴持續時間可長達數秒至數十秒不等，還有長達若幹小時的超長Gamma暴，各種形式的Gamma暴形成機制不同，其背後的高能物理事件目前仍然是科學界追逐的焦點。
SVOM 衛星在上海進行熱真空測試時的鑒定模型
（圖片來源：SVOM衛星網站）
為了實作這個目標，該衛星搭載了4台主要儀器，分別為法國制造的ECLAIR 望遠鏡和MXT望遠鏡，主要用於探測X射線波段和低能Gamma射線；中方制造的GRMGamma射線暴監測器和VT可見光望遠鏡，這兩台器材可分別探測高能Gamma暴和瞬間產生的可見光。
為了能夠增強SVOM衛星的觀測能力，該系統還配備了一個大型地面站，安裝了廣角相機和GFT跟蹤望遠鏡，兩者用於定位Gamma射線源的位置。
從以上儀器配置可以看出，SVOM衛星不僅能探測Gamma射線暴，還能對X射線、可見光進行探測。這是因為短暫而強烈的Gamma射線暴發生的時候，通常會伴隨X射線和可見光的強大釋放，這些可見光釋放可以持續數天之久，同時還能對Gamma源進行精確定位。
費米Gamma射線太空望遠鏡
（圖片來源：NASA）
國際上同類天文衛星還有哪些？
在國際上，探測Gamma暴是個熱點研究方向，美國太空總署在2004年發射了雨燕Gamma射線天文台，專門用於探測Gamma暴，還有2008年發射的費米Gamma射線太空望遠鏡，透過大面積巡天的方式研究宇宙中的高能事件，比如活動星系核、脈沖星、暗物質等。
更早期的專案有1991年發射的康普頓Gamma射線天文台，由太空穿梭機攜帶進入太空。這些Gamma射線探測專案，取得了相當多的研究成果，比如康普頓Gamma射線天文台巡天，對蟹狀星雲、天鵝座X-1、銀河系中心、超新星1987A進行了深度觀測，記錄到數千個Gamma射線源，並行現這些Gamma源在天空中的分布是各向同性的。
費米Gamma射線巡天取得的成果更多，從探測Gamma射線，延伸到研究活動星系核、中子星與超新星遺跡，甚至是尋找暗物質在宇宙中的分布。
這些科學研究看似是觀測宇宙中的天文事件，其實對基礎物理學有重大的科研價值，比如我們探測黑洞活動產生的Gamma射線，這是將量子力學與廣義相對論統一的潛在研究，所以SVOM衛星專案的實施，對推動中國的基礎物理學研究也有巨大的促進意義。
Gamma射線釋放想象圖
（圖片來源：hubblesite.org）
SVOM衛星是專門探測Gamma暴的天文衛星，從分工上看，還有專門觀測和研究X射線的衛星，比如中國的硬X射線調制望遠鏡衛星，用於觀測黑洞、中子星等高能天體的X射線釋放。
歐洲空間局發射的XMM-牛頓衛星，美國太空總署發射的錢德拉X射線天文台，都是比較知名的X射線天文衛星。還有擅長透過紅外波段探測宇宙的天文衛星，比如廣域紅外線巡天探測衛星、占士·韋伯空間望遠鏡等。
中國在2020年發射的重力波暴高能電磁對應體全天監測器，這是專門研究重力波的天文衛星。天文衛星的特點是可以部署在軌域上，沒有大氣層的阻擋，可以接收到來自遙遠天體的電磁波輻射，可研究宇宙中各種天體事件。比如哈勃望遠鏡，為我們展示了宇宙中前所未有的天體影像，推動了多學科發展。
重力波暴高能電磁對應體全天監測器在軌域上的示意圖
（圖片來源：中國青年網）
中國近期在天文衛星方向上的發展
SVOM衛星發射說明中國在天文衛星的發展上已經開啟了新的篇章。未來幾年值得期待的專案包括巡天號光學艙，還有天琴計劃所需的重力波探測衛星。
巡天號光學艙是天宮空間站的組成部份之一，視場可達哈勃望遠鏡的300多倍。巡天號光學艙的軌域有可能比天宮空間站更高，可獨立脫離空間站飛行，在需要的時候可以對接空間站進行維護。這種設計充分利用了天宮空間站平台的優勢，成為中國在軌域上的一個重要支持設施。參考哈勃望遠鏡的維修，它也需要太空人手動實施，對接空間站進行維護可以降低相關風險。
巡天號光學艙預計在2026年發射入軌，設計壽命達到10年以上，可以預測中國未來對深空天體的研究將出現一次較大的飛躍。
巡天號光學艙模型
（圖片來源：維基百科）
天琴計劃則是專門研究重力波，計劃發射3顆衛星與地面進行組網，探測宇宙中的重力波。這個專案預計在2025年到2030年之間啟動。重力波是近年來一個熱門科學研究方向，2017年的時候，科學家首次探測到重力波的存在，距離地球僅為1.3億光年，是兩顆中子星合並所釋放的。
重力波事件還與電磁波釋放存在關聯，因為重力波形成於中子星合並，同時也釋放出Gamma射線，標誌著多信使天文學時代已經來臨。當中國有了多種探測宇宙事件的平台後，理論上就可以對某個天體事件進行聯合觀測，透過多種觀測手段掌握其科學現象和規律，為接下來的基礎科學等多領域發展奠定了基礎。
參考文獻：
[1] 法國天體物理與行星學研究所：研究最遙遠恒星爆炸的SVOM任務成功發射
[2] 維基：天基多波段空間變源監視器與Gamma射線暴
[3] 央視網：推動中法科技創新合作邁上新台階
出品：科普中國
制作：川陀太空（科普創作者）
監制：中國科普博覽
