来源：格致论道讲坛 ，作者张双南
我们确定了这次快速射电暴来自于这颗中子星，
因此，快速射电暴就不可能是外星人的信号了
。
张双南 · 中国科学院高能物理研究所研究员
"慧眼"卫星首席科学家
科学大咖讲科学 | 2021年 北京
大家好，我是张双南，工作于中国科学院高能物理研究所。今天我演讲的题目是：慧眼如炬，我们为何仰望星空。"慧眼"是我所工作的团队研制的空间天文卫星，我们可以用它来探索宇宙。今天，我来和大家分享"慧眼"探索之路上的一些故事。
从万有引力到引力波
首先，我们来看看万有引力和引力波的关系。地球为什么会绕着太阳转呢？根据牛顿万有引力定律，是因为地球和太阳之间拉着一根名为万有引力的"绳子"。
但如果是这样，我在台上一挥手，台下的听众和我的手之间的距离就会发生变化，听众感受到的我的手的引力也会立刻发生变化。既然如此，那我在挥手时，我的手和宇宙当中所有天体之间的距离也都会发生改变，宇宙中所有天体都应该会立刻和我说：张老师好！是这样吗？
爱因斯坦老师觉得这个很不合理。爱老师说：张老师再厉害，也不会比我厉害。我老爱挥一下手，宇宙中的天体都不会立刻回应。
为什么会有这样的矛盾存在呢？爱因斯坦思考了这个问题，而后他认为，地球和太阳之间的那根绳子是不存在的，并不真的存在着那样的一个引力。
爱因斯坦认为，由于太阳的质量很大，导致它周围的空间都被扭曲了，地球在这个扭曲的空间里运动时就会不由自主地拐弯，所以地球和其他的行星才会绕着太阳转圈。
和声音的传播很类似：只能"听"！
那么，如果有两个天体周围的空间都扭曲了，当它们绕圈时，这个扭曲的空间就会向外传递，这就是引力波。1915年，爱因斯坦提出了广义相对论理论；1916年，他就预言了引力波的存在。但同时他也断定：尽管引力波存在，人类却永远不可能探测到引力波。
为什么呢？因为扭曲空间的引力波从遥远的地方传递到地球时，这个空间的涟漪就已经变得非常小了。爱因斯坦先生想象不了人类能够用技术探测到这样小的空间的涟漪。然而，科学家最喜欢做的一件事，就是挑战权威。
科学家们挑战爱因斯坦的方法非常的独特：用爱因斯坦的矛，攻击爱因斯坦的盾。爱因斯坦的矛，就是他提出来的激光理论。科学家团队花了几十年的时间，也花了美国国家科学基金会历史上最多的一笔钱，建造了激光干涉引力波天文台。
他们在沙漠里放了两个真空管道。这两根管道是垂直的，长度为4公里。引力波到达这个地方时，根据广义相对论理论，空间的扭曲就体现为真空管道长度的变化。激光在真空管道里来回反射几百次后，就有可能测量到管道长度的变化，也就可能测量到引力波。
道理不难，那为什么花了几十年的时间和那么多的金钱，再加上一整个科学家团队，才能最终做到呢？因为这需要的精度是非常高的，这也是爱因斯坦当年认为人类不可能探测到引力波的原因。空间振荡的变化尺度实在是太小了，小到了什么程度呢？10的负18次方米。
比头发丝小1万倍的，就是氢原子。氢原子里再缩小10万倍，就是正中心的氢原子核。而氢原子核的1000分之1，就是10的负18次方米。4公里长的真空管道，其长度的变化只有质子的1000分之1那么大。如果想把这个极微小的变化很精确地测量出来，真的是很不容易的。因此，这个团队就建造出了地球上最精密的测量仪器——LIGO。
发布了震惊世界的科学新闻
2015年，他们在探测器里测量到了这样的信号。经过几个月的数据分析，在2016年2月11日，爱因斯坦100年前预言的引力波终于被人类"听"到了。
从"非聋即瞎"到"耳聪目明"
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但在这里，我说的是"听"，而不是"看"。其中的原因，大家可以从下方的视频中找到。
视频中的两个黑点就是两个黑洞。它们相互绕转，使得空间的扭曲向外传递，就像朝水面扔了石头后，水面的波纹向外传递一样。不过，它所产生的引力波只能听，不能看。这就好像我在台上发表演讲，大家听到我的声音，是因为我讲话使得空气分子发生振动，这个振动最终传给了听众的耳膜，使得大家听到了声音。
经过13亿年的时间，引力波终于传递到了地球，使得地球发生了一点微小的扭曲。当然，视频中的演示是高度夸张了的，否则的话就会引起海啸、地震。
2017年，LIGO项目团队获得了诺贝尔物理学奖。截至2017年8月14日，这样两个黑洞相撞、并合所产生的引力波的优美声音，激光干涉引力波天文台已经"听"到了五次，但我们天文学家并没有"看"到引力波源的倩影。
"听"到信号时，引力波传递的方向就被确定了。各种各样的天文台，包括"慧眼"天文卫星，都会朝那个方向探测，希望能够看到那个方向所发出的光，想了解那里究竟发生了什么。然而，我们都没有看到。似乎在这时候，天文学家都是非聋即瞎的。
为什么这样说呢？因为在LIGO项目团队"听"到引力波之前，天文学家们只能看到宇宙。我们可以得到很多宇宙的漂亮照片，但从来没有收到过宇宙的声音——在那时，天文学家们是聋子。终于，引力波被"听"到了，然而当我们用望远镜看向那些方向时，我们却只看到了一片虚无。面对发得出声音的宇宙，天文学家们又好像变成了瞎子。
一次宇宙深处的剧烈爆发现象
2017年10月16日，这种情况终于改变了。那天出现了一个全球大新闻：我们终于"看"到了。我们的"慧眼"卫星也同时发布了这项科学新闻！有记者采访我时问：张老师，这不就是你们又看到了一个天体吗？为什么全世界的天文学家都这么激动呢？我回答，因为人类终于"耳聪目明"了。人类不但听到了天体结合发出的引力波的美妙歌声，也看到了它们"相爱"所迸发出的美丽烟花。
那一天，全球的天文学家共同宣布，人类第一次"听"到和"看"到了宇宙深处的剧烈爆发现象：两个中子星相互绕转、撞在一起，它们的结合最终迸发出了电闪雷鸣。
雷鸣是引力波信号，电闪是电磁波信号，也就是光。我们平时是先看到电闪、再听到雷鸣的，因为声音的传播速度更慢。但是，引力波的传播速度和光一样，所以雷鸣和电闪是同时到达地球的。
这一次，全球的天文学家联合做出了新闻发布，因为这是一次创纪录的全球空间和地面的望远镜大联测。如上图所示，这个声音是由美国和欧洲的三组引力波探测器共同听到的，地面的各种光学、射电望远镜等也都加入了观测，其中很多也看到了信号。
不幸的是，这个方向是比较靠近南天的，中国本土的望远镜没有办法观测它。不过，中国科学家有一台在南极的望远镜，在当时看到了那个信号。而且，人类还有七台空间望远镜参与了此次观测，其中的一台就是中国的"慧眼"天文卫星。因此，那天我们也发布了自己的观测结果，没有错过这一场巨大的盛宴。
走近这双"慧眼"
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"慧眼"卫星的全名叫做硬X射线调制望远镜HXMT，我来简要地介绍一下它的历史。
从高空科学气球到空间观测的设想
为了用X射线探索宇宙，在上世纪七八十年代，中科院高能物理研究所的科学家们进行了高空科学气球的研究。那时，虽然中国已经能够发射卫星了，但还没有能力研制空间天文望远镜。我们只能发展高空科学气球，在气球上搭载天文望远镜来进行观测。
在研制过程中，团队就提出了研制硬X射线调制望远镜卫星的建议，也就是今天的"慧眼"卫星。但那时，我国的技术和经济实力并不足以实现这个计划。一直到很久以后，我们才终于实现了它。
1984至1986年，我在中科院高能物理研究所读研，李惕碚院士是我当时的导师，而这个建议就是他和他的合作者一起提出的。2011年，国家终于正式立项，开始了HXMT的研制。
"慧眼"就是何泽慧的眼睛！
我在高能物理研究所读研时有两位导师，另一位导师就是我国著名的物理学家何泽慧院士。很不幸的是，就在立项的那一年，何先生去世了。那么多年里，她一直在为我们团队发展卫星提供强有力的支持，很遗憾，最后却没有机会看到我们研制、发射、运行了真正研制出的卫星。
所以，在卫星发射之前，经过国家有关部门的批准，我们把这颗天文卫星命名为"慧眼"号。其中的"慧"字就取自何泽慧先生的名字，它预示着何泽慧院士的眼睛会继续带领我们，在太空中探索宇宙。
2017年6月15日，"慧眼"卫星在我国酒泉卫星发射中心成功发射。直到今天，它已经运行了超过4年的时间，取得了诸多科学成果。其中，第一个科学成果就是我刚才讲到的参与"雷鸣电闪"的观测。
硕果累累的"慧眼"
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"慧眼"卫星是X射线天文卫星，那么X射线是什么呢？
其实，它就是光或者说电磁波的一部分。平时的可见光是波长较长的电磁波；而无线电波是波长更长的电磁波；X射线则是波长较短的电磁波。X射线的穿透能力比较强，中子星和黑洞都会产生大量的X射线，所以我们需要用X射线望远镜进行观测。
然而，如果要用X射线望远镜来观测宇宙，我们就必须上天。地球的大气层能够保护人类，但同时，大气层只对可见光信号和无线电信号透明：人类能够用肉眼观测宇宙，是因为大气对可见光透明；除了光学望远镜，最先发展起来的是无线电或射电望远镜，这也是因为地球的大气层对无线电和射电信号透明。
但是，对于红外线、紫外线、X射线、伽马射线，大气都是不透明的。为了研究这些不同波长、频段、能量的宇宙，我们就需要上天，也就是发射天文卫星、建造空间站，甚至到离地球非常远的地方去探索。
"慧眼"卫星参与了这次历史性的事件，我们的成果也被写入了这篇非常奇特的论文里面。我们平时见到的论文，题目下面的是作者，再下面是单位。但这篇论文的题目下面，既没有作者的名字，也没有单位的名字——取而代之的是七十多个合作团队的名字。
"慧眼"卫星的英文是Insight-HXMT（Hard X-ray Modulation Telescope），是这七十多个合作团队中的一员，而且"慧眼"的名字还是排得比较靠前的。一共有约一千个单位、三千多个作者参与了这篇论文，其中一百一十多个作者都隶属李惕碚院士领衔的"慧眼"团队。
"慧眼"卫星发射之后，我们也很快取得了很多其他的科学成果。今年四月，习总书记在两院大会上总结我国近年来的.............
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