第五十章 寻找志愿者（1/2）

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2021年12月3日，天格计划的GRID-02天文立方星载荷观测到的宇宙伽马射线暴事例GRB210121A及其物理分析的论文在线发表在上。南京大学与清华大学天格团队合作完成了这次天格观测数据的处理和物理分析。这是天格计划首篇正式发表的伽马暴科学观测结果，也是国际上同类微纳卫星伽马暴探测项目中，首例取得科学发现和论文发表的伽马暴事例。这项工作表明该类微纳卫星在空间天文粒子探测、前沿天文科学观测等方面具有广阔的应用前景。

“天格计划“是一个以本科生学生团队为主体的空间科学项目，其主要科学目标为寻找与引力波、快速射电暴成协的伽马暴以及其它高能天体物理瞬变源。其特色是利用立方星平台，搭建由多个小卫星组成的全天伽马射线暴监视网络，用以探测和定位伽马射线暴等天体瞬变源。相比于综合型、高功率的大型卫星，如美国航空航天局将于2021年底发射的质量高达6.2吨、成本已逾数百亿美元的詹姆斯·韦伯空间望远镜，立方星具有模块化、低成本、短周期的特点，能够实现大卫星无法实现的快速发射、多颗组网、全天覆盖，还可以降低风险与成本。天格计划预计利用10-24颗立方星在500-600公里的近地轨道进行组网，在2018～2023年内逐步完成。这一方案能够实现对短伽马射线暴真正的全天覆盖探测，并可通过时间延迟和流强调制的方式实现有效定位，可保证不错过任何一次与引力波暴发成协的短伽马射线暴，有着重要的科学意义。

2016年，天格计划由清华大学工程物理系和天文系共同发起，目前有南京大学、中科院高能所等20余所高校和研究所共同参与合作。南京大学、BJ师范大学等高校的天格团队也将完成卫星载荷的研发调试。截至目前，天格计划已于2018年10月、2020年11月和12月分别发射了三颗天格卫星。天格02星已积累了5个月的科学数据，其首批科学数据已被国家空间科学数据中心接收，未来将对科学界保持开放共享。

南京大学天格团队自2018年成立以来，在江苏省双创计划、南京大学天文与空间科学学院、南京大学双创办公室等的有力支持下，成立了创新团队，充分发挥团队的天文专业优势，开发了科学数据产品分析的流程管线，设置了富有特色的科创融合课程，展开对小卫星探测器的研发。目前，南大天格团队已经成功完成了首颗南大-川大合作天格立方星——天宁星——载荷的地面试验，预期于2022年3月发射。同时，南京大学天格小卫星团队经过1年半的研发、设计、实验论证，于2021年10月最终确定了自主设计的第二颗立方星——应天星——的载荷设计方案。该方案使用可编程逻辑门芯片替代原有的单片机芯片，充分利用可编程逻辑的并行性、高性能和灵活性等特点。这个方案在本领域内具有前沿创新性和独特性，充分体现了了以学生为主体的小型项目的灵活性和创新性。

天格计划的主要科学观测目标是伽马射线暴。宇宙伽马射线暴是人类已知最剧烈的天体物理过程之一，是天体物理领域的研究前沿。2020年11月清华大学天格计划团队研制发射的天格02星载荷成功开展持续科学观测，已获得首批几十例伽马暴事例的候选体。2021年1月21日，天格02星观测到GRB210121A伽马暴事例，该事例也被我国怀柔一号卫星、慧眼卫星和美国费米卫星所确认。有趣的是，GRB210121A在近万个伽马暴样本中的统计分布中处于很特殊的地位。其持续时间大约为13秒，具有明显的长暴特征。通过使用截断幂率谱模型对观测数据进行拟合，研究团队发现GRB210121A的谱指数偏硬，高于同步辐射限制的低能谱指数上限，此外其峰值能量很硬，在第一个脉冲的时候由硬到软，但是即使在最后的爆发阶段也始终居高不下。高能量伽马射线光子总是比低能量光子更早到达，这一现象被称为谱延迟，在GRB210121A中同样观测到这一现象，并且在相对于E的图像中显现出一个拐点，这一现象有可能用于对洛伦兹破缺效应的限制。

研究团队进一步通过该伽马暴的谱指数初步判断其属于光球模型，利用多色黑体的模型进行拟合得到了很好的效果。理论上伽马暴的峰值能量应小于等于黑体所释放的最大能量，通过这一限制可以求出光球模型的半径范围，利用物理的光球模型对GRB210121A进行拟合，得到其半径为几百千米，正好处在光球模型的半径限制内，同时这一模型也限制了该伽马暴的红移位于0.14到0.46的范围内。通过Ep-Eiso的统计相关关系，研究团队限制了其红移应位于0.3到3.0的范围内。此外再结合GECAM、HXMT、GRID等卫星以及IPN所给出的定位信息，在星表中对GRB210121A的宿主星系进行了证认，仅有SuperOS星表中的J010725.95461928.8星系能够满足上述限制，其红移为0.319。研究团队随后使用LasCumbres天文台全球望远镜网络对该宿主星系进行了后随观测，在观测图像中该宿主星系候选者清晰可见，从而进一步证实了本文的结论。

本研究工作由南京大学天文与空间科学学院硕士研究生王翔煜领衔完成，清华大学天格团队郑煦韬同学、中科院高能物理研究所肖硕同学等分别带领研究团队合作完成了GRID-02、GECAM、HXMT等科学数据的分析处理。南京大学多个院系的多位本科生和研究生参与了相关的科学分析，包括杨俊、刘子科、杨雨涵、邹金航、陈国银、倪阳、张子键、吴雨暄、邓云未、马永昶、蒙延智，王培源、许晟、尹一涵、张廷钧、张钊等。南京大学张彬彬老师、清华大学曾鸣老师、中科院高能物理所的熊少林老师为该文的通讯作者。清华大学、中科院高能物理所、河北师范大学、广西大学等多位专家学者共同参与了这一研究工作。本工作得到国家自然科学基金、科技部重点研发计划、江苏省双创计划、中央高校基本科研业务费专项资金、双一流大学建设经费，南京大学天文与空间科学学院、以及南京大学双创办公室的多项基金和机构的支持。

自行是恒星横越天球的总运动量，是通过比较更遥远的背景天体位置确定出来的。虽然天仓五每年的移动量只有2弧秒以下，它被认为是一颗有着高自行的恒星，需要数千年的时间，位置的移动才会超一度，高自行是距离靠近太阳的一个证据。邻近的恒星比遥远的背景恒星可以更快速的在天球上横越而过，也是研究视差的良好候选者。在天仓五的案例中，经由视差测量得到的距离是11.9光年，使他成为邻近太阳的近距离恒星表中的一员，是继南门二之后最靠近的G-型恒星。

径向速度是一颗恒星接近或远离太阳的运动，与自行不同的是恒星的径向速度不能直接观察到，而必须透过观察恒星的光谱来测量。由于多普勒位移，如果恒星远离观测者而去，光谱中的吸收谱线会向红色方向偏移，反之接近的会向蓝色方向偏移。在天仓五的例子中，径向速度大约是17公里/秒，负值表示他是朝向太阳运动。

天仓五的距离，与它的自行和径向速度结合在一起，可以计算这颗恒星通过空间的运动，相对于太阳的空间速度大约是37公里/秒。这个结果可以用来计算天仓五穿越银河的轨道路径，它的平均银心距离是9.7千秒差距，轨道离心率则是0.22。

物理性质