GECAM雙星計劃：捕捉引力波高能輻射的天網

7月4日，中國科學院在北京宣布啟動戰略性先導科技專項「空間科學（二期）」，在本次宣布的項目中包括一個小型的空間探測項目：引力波暴高能電磁對應體全天監測器，簡稱GECAM。

GECAM是專門針對近年來新出現的引力波研究重大機遇而提出的「短平快」項目，也是空間先導專項實施以來首個機遇型項目。GECAM計劃2020年發射運行，將是空間先導二期最早發射的衛星。

GECAM項目示意圖

引力波是彎曲時空中的漣漪，是現代物理理論基石之一的廣義相對論的預言，是檢驗自然規律、洞察宇宙的重要手段。近年來，引力波相關研究取得了一系列突破性進展。2015年激光干涉引力波天文台（LIGO）首次發現引力波。2017年LIGO和Virgo（室女座引力波天文台）以及全球幾十台望遠鏡首次發現引力波及其電磁對應體。這兩次發現是人類觀測和認識宇宙的革命，標誌著人類進入了「多信使引力波天文學」的新時代。

引力波電磁對應體示意圖。雙中子星併合不僅產生引力波，而且產生電磁對應體，電磁輻射不僅包括高能的X和伽馬射線，還包括軟X射線、光學以及射電輻射。

引力波的發現獲得了2017年度諾貝爾物理學獎。引力波及其電磁對應體是當前及今後很長時期內物理學和天文學的研究前沿，將產生一系列重大科學突破。2020年地面引力波探測器將達到設計靈敏度，預期發現大量的引力波事件，屆時將是探測研究引力波電磁對應體的重要機遇窗口。然而，現有的探測引力波高能電磁對應體（主要是X射線和伽馬射線，簡稱引力波伽馬暴）的空間望遠鏡綜合性能不足，容易錯失寶貴的發現機會。

為了抓住引力波研究的重大機遇，中國科學院高能物理研究所於2016年提出GECAM項目，它具有全時全天視場、高靈敏度、良好的定位精度和寬能段覆蓋的綜合優勢，同時具備在軌觸發定位以及准實時下傳觸發信息的能力，可及時引導空間和地面望遠鏡的後隨觀測，其對引力波伽馬暴的綜合探測性能全面超過現有的或屆時將運行的觀測設備。

GECAM包含兩顆微小衛星，運行於600公里高度的低地球軌道，軌道面相同，但軌道相位相反，即兩顆衛星總是位於地球的兩側。每顆衛星都能監測除了地球遮擋之外的全部天區，因而，兩顆衛星可聯合監測全部天區，形成捕捉引力波伽馬暴的天網。

GECAM將發現最多最全的引力波伽馬暴，並期待發現新型的引力波高能輻射現象（比如中子星-黑洞或黑洞-黑洞併合產生的高能輻射），取得突破性原創成果。GECAM也將在揭示快速射電暴的高能輻射、發現更多超長和超軟的伽馬暴、監測新的磁星爆發以及探測地球伽馬閃等方面取得重要成果。

針對科學研究的重大機遇，中國科學院主管部門進行了大膽的制度創新和管理創新，設立了機遇型空間項目，使GECAM能夠進入快速而嚴謹的立項程序，將我國的制度優勢轉化為在競爭激烈的引力波電磁對應體探測研究領域的速度優勢。

為了兼顧2020年發射的機遇窗口以及項目的先進性，GECAM項目以成熟技術為主，同時採用了自主創新的探測器技術以及新穎的准實時天地通訊手段。GECAM項目由中科院高能物理研究所牽頭承擔和實施。GECAM的發射運行將使我國在引力波及其電磁對應體探測研究領域快速佔據重要的一席之地。

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