探尋從未見過的宇宙
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吉伊 編譯
兩周前，日本宇宙航空研究開發機構 (JAXA) 在新聞發布會上宣布，他們今年2月發射的一顆名為「瞳」的衛星於3月26日與地球失去聯繫。「瞳」是由日本、加拿大、歐美等國61個研究機構及大學共同參與的迄今為止發射的最大的X射線天文衛星，原本設計工作壽命為3年。如果一直聯繫不上「瞳」，對於X射線天文學的發展將是重大損失。
X射線天文學是一門只有50年發展歷史的年輕學科。作為空間天文領域的重要研究手段，我國將於今年下半年發射首顆X射線衛星，實現零的突破。
「瞳」:漂浮在衛星軌道上的天文台
「瞳」X射線天文衛星，重2.7噸、長14米，是日本迄今為止發射的天文衛星中最大的一顆，能夠在極為寬廣的波長範圍內進行高靈敏度觀測。「瞳」衛星於2008年正式立項，由日本宇宙航空研究開發機構(JAXA) 聯合美國宇航局 (NASA)、歐洲空間局 (ESA) 及日本、加拿大和歐美61個研究機構及大學超過250名研究人員共同參與研發。可以說，「瞳」並不只是一顆衛星的名稱，更是一個以全新的X射線天文衛星為中心的世界規模科學共同體的代名詞。
「瞳」作為一顆X射線天文衛星，也可以說是一個漂浮於衛星軌道上的天文台。但是，它的觀測對象並不是普通光，而是X射線。
說起X射線，人們首先浮現於腦海的也許就是在醫院拍攝的X光片了。這是一門利用X射線的高穿透能力，宛如透視身體內部那樣進行拍攝的技術。拍攝X光片時，由膠片或圖像感測器接收來自射線源的X射線，並拍攝照片。那麼，宇宙中也存在發射X射線的物質嗎? 答案是肯定的。不僅太陽會發出X射線，夜空中閃爍的星星也都會發出X射線。X射線，是宇宙中極為普通的波長光。
X射線的波長為1nm-0.01nm(納米)，僅為可見光的千分之一至十萬分之一。由於波長短，與可視光相比，具有不易折射、穿透力強、能量高的特徵。
雖然統稱為X射線，由於波長不同，其性質也有所差異。例如，拍攝X光片以及在機場用於檢查隨身行李的X射線的波長為0.01nm左右，被稱為硬X射線。這種X射線穿透力強，可輕易穿透人體。波長為1nm的X射線被稱為軟X射線，其穿透力並不高，鋁箔就能將其遮擋。X射線的性質不同，捕捉方法當然也有所差異。「瞳」搭載了能夠同時檢測硬X射線以及軟X射線的裝置，可望在更大的範圍內捕捉到X射線。
藉助X射線能夠看到什麼
超新星爆發、黑洞、活動星系核以及星系團等巨大重力以及爆發能量，都會釋放出X射線。例如，黑洞是一種具有甚至連光也無法向外釋放的巨大重力的天體，當黑洞吸入周圍物質時，會釋放出強烈的X射線。
此外，宇宙中還存在著X射線強度在幾乎只有千分之一秒的極短時間內發生巨大變化的天體。在星系以及連星系也不存在的空間，還存在著溫度高達數千攝氏度的高溫氣體。所有這些高能量現象，與星系以及星系團的形成都有著很大的關聯。了解這些重要天體現象，有助於人類加深對宇宙進化的認識。
迄今為止的研究發現，宇宙中存在著數萬個釋放X射線的天體，幾乎可以說只有藉助X射線才能觀測到宇宙中90%以上的物質。此外，即使是同一個天體，藉助X射線也能夠觀測到可視光以及電波無法捕捉到的現象。從這個意義上來說，離開了X射線就無法了解宇宙。
X射線雖然能夠穿透人體，卻無法貫穿地球大氣這一「屏障」，從宇宙抵達地表。因此，為了捕捉來自宇宙的X射線，必須利用人造衛星等在大氣層外進行觀測。
進入21世紀，天文學進入了精彩紛呈的時代。大量研究成果表明，迄今為止被個別捕捉到的種種天體現象分別相互緊密關聯，形成了我們目前所看到的宇宙。現今人們看到的宇宙也許只是滄海一粟，大部分宇宙由我們無法直接看到的物質構成。為了揭開宇宙之謎，人類始終進行著不懈的努力。
20世紀中期，人類利用電波、紅外線、X射線等眼睛無法看到的波長光，發現了宇宙的更多奧秘，從而促進了天文學的快速發展。人類在原先認為已經進行充分觀測的地方，陸續揭示出各種新的現象;在原先以為平靜如水的地方，發現了各種壯觀的天體現象。宇宙的多樣性，遠遠超出了人們的想像，始終是個動態世界。
X射線天文學，就是眾多嶄新研究領域之一。X射線，是一種來自數百萬乃至數億攝氏度極高溫度區的波長光。由於溫度極高，其所在區域的各種活動也異常活躍。超新星爆發、黑洞、活動星系核、星系團的高溫等離子體等現象，極大影響著星體生成、星系團及宇宙的大規模構造和進化。事實上，類似這樣的區域並不神奇，只是人類要直接觀察到這些，離開X射線是無法實現的。
X射線天文學：一門年輕的學科
X射線天文學是一門創始於50年前的年輕學科。1962年，美籍義大利裔天文學家里卡爾多·賈科尼等人利用觀測火箭進行的一項實驗，首次捕捉到了來自太陽系外的X射線。進入1970年代，隨著搭載X射線觀測裝置的科學衛星升空，人類開始了對X射線真正意義上的研究。
X射線天文學自誕生起，在很短的時間內就發現了一系列前所未知的新型天體，獲得了很多光學天文和射電天文無法得到的天體信息，大大擴展了天文學的研究領域。X射線天文學所顯示的獨特威力，使得它在當代空間天文學中處於特別重要的地位。
日本在X射線天文學開啟之初，就積極投入到了該領域的研究，其水平始終居於世界領先地位。繼1979年首次發射「天鵝」X射線天文衛星之後，陸續發射了「飛馬」、「銀河」、「飛鳥」、「朱雀」共計5顆X射線天文衛星，取得了大量有用的數據及研究成果。
我國正在研製的新型天文望遠鏡———硬 X 射 線 調 制 望 遠 鏡(HXMT) 將成為我國的第一顆天文衛星，計劃於今年下半年發射。
天文衛星從功能上可以分為專用天文望遠鏡和天文台級天文望遠鏡兩種。前者是針對特定科研目標設計建設的，後者搭載的儀器就比較多，功能更加強大，可涉及的科學研究範圍也更廣泛。
我國的HXMT屬於中型專用天文衛星，發射進入太空後，將主要承擔黑洞研究，以及與黑洞有關的如中子星等研究。
祝願走失的「瞳」早日回歸
「瞳」衛星搭載了當今世界上最為先進的觀測設備，主要有兩種類型的X射線望遠鏡和四種類型的X射線捕捉檢測儀 (見右上圖)。原本計劃作為大型公共X射線天文台，將接受世界各國的研究申請，對「深藏於劇烈變化的炙熱宇宙中的物理法則」進行廣泛而深入的研究。
由於「瞳」所攜帶的設備精度與之前的相比提高了幾十倍，因此讓我們能夠看到星系或者黑洞周圍更為精細的一些結構，這對於整個高能天體物理的研究意義至關重要，所以每一位天文研究者都非常期望能夠與它重新取得聯繫。
發射至太空的衛星和探測器與地面失去聯繫的例子時常發生，通常情況下，要想重新建立聯繫比找回一個走失兒童的可能性還要低。
除了「瞳」衛星之外，今年3月24日，美國也正式承認損失一顆先前失聯的氣象衛星。該衛星是美軍「防衛氣象衛星計劃」中最新的一顆氣象衛星，用於預測大霧、雷暴、颶風等可能影響軍事行動的氣象，原定使用壽命為5年，於2014年4月發射。今年2月11日，該衛星與地面失聯。
但是，也有失聯後重新建立聯繫的情況，比如「菲萊」彗星探測器。它在經過10年漫長飛行之後，於2014年11月12日降落在彗星67p表面。但在著陸過程中，「菲萊」幾次彈跳，還與彗星上的岩塊發生碰撞，導致降落地點與原計劃相差近1公里。由於那裡日光較少，「菲萊」攜帶的電池在進行了60小時的科學工作後便告罄，進入休眠狀態。隨著這顆彗星越來越靠近太陽，在7個月後，「菲萊」的太陽能電池板吸足能量後「蘇醒」，重新和地球取得了聯繫。
現在「瞳」的失聯，據推測也很可能是因為衛星高速旋轉，太陽板不能有效吸收太陽能，從而無法提供電力。按照JAXA的說法，「如果衛星主體能夠逐漸減慢轉速的話，那麼就有可能再次與它建立聯繫。但是什麼時候轉速才能減慢，我們現在還無從得知。」
人類對宇宙的探索雄心勃勃，但道路卻曲折不易，讓我們祝願JAXA好運，早日尋回在太空走失的「孩子」———「瞳」。
人類肉眼的觀測能力是極為有限的。插圖中央的七彩部分為「可見光」，就是人類用肉眼能夠看到的區域。
在浩渺宇宙，除了可視光之外，其他波長的光線也演繹著繽紛多彩的天體現象。為了捕捉各種不同的光，人類需要藉助於射電望遠鏡以及X射線望遠鏡等特殊觀測設備。