大家好，我是中国科学院高能物理研究所的熊少林，也是极目卫星的首席科学家。下面我向大家介绍极目卫星的基本情况。
我们极目卫星的学名是引力波暴高能电磁对应体全天监测器，对应的英文简称是GECAM，据其谐音取名为极目。它由中国科学院高能物理研究所提出项目概念，于2018年入选中国科学院“空间科学”（二期）战略性先导科技专项，是我国首个机遇型空间科学项目。
图1：双中子星并合产生千新星并伴随引力波释放（艺术图）
这个机遇指的是引力波研究。2015年人类首次直接探测到双致密星并合产生的引力波，这是物理学和天文学的重大突破，被授予2017年度诺贝尔物理学奖。特别是2017年8月17日，人类第一次同时“听见”并“看见”一例天文现象：两颗中子星的并合和剧烈爆炸。其产生的引力波（时空的涟漪）由地面的引力波探测器“听到”，而其发出的光（电磁波）首先由空间望远镜“看到”，即伽马暴。这个伽马暴的发现对于证认并深入研究该双中子星并合引力波的物理机制发挥了极为重要的作用。然而，探测引力波伴随产生的伽马暴并非易事，当时正在运行的伽马暴探测卫星普遍存在监测视场、探测灵敏度、测量精度等方面的不足。极目卫星正是为探测引力波伴随产生的伽马暴而打造。
极目卫星最初包含两颗相同的微小卫星（即极目-A和极目-B），每颗卫星仅160公斤。极目双星于2020年12月10日发射入轨，被正式命名“怀柔一号”卫星。为了进一步提升观测能力，项目团队又陆续研制了极目-C、极目-D，它们分别于2022年7月27日和2024年3月13日搭载在其它卫星上发射入轨。
为抓拍伽马暴进行了独创设计
极目卫星是专门针对伽马暴等宇宙中最极端的爆发现象而打造伽马射线望远镜，因此，在望远镜的功能和性能方面采用了一系列独特的创新设计。正是依靠这些杀手锏，极目卫星拥有先进的观测能力，获得了重要的观测发现。
1. 极宽的视场，监测全天区的爆发
引力波和伽马暴的出现是完全随机的，没有任何人能预测它们会在宇宙的哪个角落、在什么时间亮起，而且它们持续时间很短。因此，望远镜必须拥有尽可能大的视场。
图2：极目卫星在轨观测艺术图
极目卫星采用了独特的穹顶状探测器阵列设计。每颗极目卫星配备了25个伽马射线探测器，它们像复眼一样指向四面八方。当两颗卫星在轨道上背向地球飞行时，它们可以互补，对全天区进行无死角的监测。这意味着，无论宇宙哪个方向发生天体爆发，极目都能尽收眼底。
2. 创新的探测器，实现高精度测量
相比普通伽马暴，引力波伴随的伽马暴辐射能量较低的X射线和软伽马射线。为了精准捕捉这些信号，极目采用了创新的溴化镧匹配硅光电倍增管的探测器技术，实现了从6 keV到5 MeV的宽能段探测，不仅测量光子的能量，还测量光子的到达时间，而且时间分辨率达到0.1微秒，比国际上同类设备提升了一个数量级。为科学家分析爆发源的物理性质提供了最关键的数据。
3. 独特的防饱和设计，无惧极端爆发
在天文观测中，如果爆发太亮，探测器就会像人眼直视太阳一样“致盲”，产生严重的数据“堆积效应”，导致测量失效。极目系列望远镜在设计时极具前瞻性地采用了特殊的防饱和设计。当遇到极其明亮的伽马暴时，也能准确记录每一个光子。
4. 开创北斗短报文通道，实现天地联动
捕捉到爆发信号只是第一步，更重要的是将天体爆发信息迅速通知全球的望远镜，以便它们进行后续观测。极目卫星开创性地利用了中国北斗卫星导航系统的全球短报文功能进行天体爆发信息的准实时传输。当极目在太空中探测到爆发后，它不需要等待飞过地面接收站，而是立刻通过北斗系统将关键的天体爆发警报信息（如爆发时间、位置、亮度等）在1分钟内下传至地面并公开发布，引导全球的地面和空间望远镜开展联合观测，抢占科学发现的先机。
捕捉到极端物理过程的新图景
极目系列（包括极目-A、B以及搭载在空间新技术试验卫星上的极目-C）在轨运行期间，成功探测到了数百次伽马暴、磁星爆发、太阳耀斑以及地球伽马闪，取得了一系列重要的科学发现。其中有些发现完全超出了我的预期，可以说是真正的惊喜。
1. 精确测量“千年一遇”的迄今最亮伽马暴
2022年10月9日，宇宙深处传来了一次异常猛烈的伽马暴（编号GRB 221009A）。这次爆发极其明亮，根据亮度估算属于几千年一遇的伽马暴。
图3：极目-C和慧眼卫星联手探测最亮伽马暴。
面对如此刺眼的“宇宙闪光”，国际上几乎所有的大型高能探测器（如美国的费米卫星、欧洲的INTEGRAL卫星）都因为数据饱和而“致盲”，无法测出它的真实亮度。而此时，极目-C的“防饱和”设计立下了汗马功劳，不仅没有被强光“亮瞎”，反而极其精确地测量出了这次伽马暴的完整光变曲线和能谱。
极目的数据显示，这次伽马暴比以往最亮的伽马暴还要亮50倍！其各向同性能量也打破纪录，相当于在1分钟内释放8个太阳质量的全部能量，产生了极为狭窄、极端明亮、接近光速运动的喷流。此外，联合极目卫星和国际上费米卫星的数据，研究团队发现这个伽马暴中存在一条幂律演化的伽马暴谱线，谱线能量最高达到37 MeV，这是迄今从宇宙天体中探测到的最高能量的谱线。
图4：联合分析极目卫星和费米卫星对GRB 221009A的观测数据，发现幂律演化的伽马暴谱线。该成果登上期刊封面。
极目对这个千年一遇的天体爆发的观测研究做出了独特贡献，对于理解大质量恒星的死亡、黑洞的形成以及相对论喷流具有不可估量的科学价值。
2. 发现伽马暴由高速旋转的磁陀星驱动
伽马暴通常分为两类：大质量恒星塌缩产生的长暴和两颗中子星合并产生的短暴。然而，2023年3月7日，极目-B和极目-C共同探测到了一个极其特殊的伽马暴（编号GRB 230307A）。它由极目-B在轨实时触发，触发信息通过北斗短报文准实时下行到地面并通告天文界，引发了一场全球各种望远镜的联合观测。
根据极目卫星的精确观测数据，团队发现这个伽马暴持续时间很长，本应属于恒星塌缩产生的长暴，但它实际上是由两颗中子星合并产生的，因此是一种新型的引力波高能电磁对应体。此外，通过分析极目-B和极目-C的观测数据，研究团队发现909Hz的周期信号，这是人类首次在观测中找到中子星合并形成磁陀星并驱动伽马暴的直接证据，刷新了天文学界对中子星合并产物及伽马暴中心引擎的认知。
3. 捕捉多姿多彩的高能瞬变现象
除了探测各种类型的伽马暴，极目还成功探测到了大量来自银河系内的磁陀星的爆发。磁陀星是宇宙中磁场最强的天体。极目卫星对一颗活跃的磁陀星（编号为SGR J1935+2154）的观测，发现了第二例与射电暴成协的磁陀星爆发，并首次探测到磁陀星星体对辐射火球的掩食效应。
图5：极目首次探测到磁陀星星体对辐射火球的掩食效应。
此外，极目还将目光投向了我们的太阳和地球。它多次探测到太阳耀斑产生的高能辐射，为空间天气预报提供了数据支持；同时，它还捕捉到了雷暴中产生的地球伽马闪及其伴随产生的地球电子束，为研究地球大气层内的极端放电过程提供了宝贵的太空视角。
图6：极目捕捉到了雷暴中产生的地球伽马闪及其伴随产生的地球电子束。
从最初针对“瞬变源”的工程设计，到如今在轨取得的一系列实测成果，极目用扎实的数据证明了其技术路线的成功，为我国在高能天体物理领域积累了宝贵的观测经验。