NASA雨燕卫星捕捉逾2000次伽马射线暴，如今即将坠回地球

NASA的Neil Gehrels雨燕（Swift）天文台，这台用二十年时间争分夺秒捕捉宇宙中最猛烈爆炸的太空望远镜，已经停止了科学观测。它如今飞得太低，稀薄的高层大气产生的阻力之大，使望远镜无法稳定地对准目标；而一艘被派去把它推高的机器人航天器，始终没能抓住它。几周之内，雨燕将坠入大气层并烧毁。

雨燕原本按两年的主任务期设计，实际却持续工作了十倍以上的时间，捕捉到数千次伽马射线暴。伽马射线暴是大质量恒星坍缩或死亡恒星相撞时释放出的短暂辐射闪光。雨燕谢幕，意味着天文学家失去了唯一一台既能发现这类闪光、又能在大约一分钟内转向观测的望远镜。

“雨燕为国家带来了惊人而持久的投资回报，它按两年的主任务设计，却高效运转了10倍以上的时间。”NASA总部天体物理学部主任Shawn Domagal-Goldman说。据NASA统计，基于雨燕数据取得的成果包括2000多次伽马射线暴、1400多颗超新星、被黑洞撕碎的恒星、彗星、小行星，以及约7000篇已发表的论文。

推荐阅读大脑是两个器官，而非一个：这一分化追溯至6亿年前

轨道上的望远镜为何会坠落

每颗近地轨道卫星都会擦过大气最外层的稀薄气体。雨燕没有发动机来抵消阻力，而一段太阳活动剧烈的时期又让问题雪上加霜：活跃的太阳会加热并撑大高层大气，使卫星在同一高度遇到更多空气。

雨燕最初被送入约600公里高的轨道，如今已降到275公里以下，远低于国际空间站约400公里的飞行高度。NASA表示，在这个高度，阻力太强，望远镜无法稳定地凝视目标。NASA此前把任何救援行动的“不归点”定在约300公里。

这艘航天器重约1450千克。太空追踪公司LeoLabs对CNN表示：“由于雨燕航天器体积较大，部分硬件有可能在再入大气层后残存下来，但碎片对任何人造成重大财产损失或人身伤害的概率非常小。”该公司补充说，大部分残存碎片会落入海洋或无人居住的陆地。

功亏一篑的救援

NASA确实尝试过挽救它。NASA向总部位于亚利桑那州弗拉格斯塔夫的Katalyst Space支付了3000万美元，委托其建造一艘名为LINK的机器人航天器，与雨燕会合，用机械臂抓住它，再把它托回接近原来的高度。雨燕从来不是为此设计的：它没有供服务航天器抓握的把手或固定装置。若能成功，这将是商业机器人首次捕获一颗并非为在轨维护而建造的无人政府卫星。

Katalyst用不到一年时间造出LINK，并用一枚从喷气式飞机上投放的Pegasus XL火箭将其发射。飞行约一周后，一次电源开关故障击中了它的一个反作用轮，也就是航天器用来调整指向的旋转飞轮。随后，一个失去响应的推进器阀门让LINK陷入旋转，紧接着又发生了第二次开关故障。三个反作用轮中有两个失灵，为止住旋转而消耗推进剂之后，剩下的已不足以完成安全捕获。

NASA和Katalyst叫停了救援。LINK仍飞到距雨燕12至15公里的范围内并为其拍照，随后自己也在大气层中烧毁。“我们离成功非常、非常近。”Katalyst的Kieran Wilson对美国国家科学院（National Academies）的一个天文委员会表示。NASA局长Jared Isaacman这样说：“这不是我们努力争取的结果，但它不会改变这项任务值得一试的理由。”

在地面上，负责操控雨燕的宾夕法尼亚州立大学（Penn State）团队设法争取时间。控制人员把科学目标换成能让航天器保持最佳流线型姿态的天区位置，为此连续数月放弃了定向科学观测。Penn State的任务主管John Nousek将这项工作描述为“开创新方法，尽量减少航天器所受的阻力”。救援计划缩减后，雨燕用三台仪器中的两台重新投入工作，直到阻力终结了它的观测。

雨燕如何改变了宇宙爆炸研究

伽马射线暴的持续时间从不到一秒到几分钟不等，在雨燕之前，它们往往在大型望远镜找到之前就已消退。“雨燕被设计为一颗专门研究伽马射线暴的卫星，这些爆发来去匆匆，没有人能用大型望远镜对准它们以了解更多。”NASA戈达德太空飞行中心（Goddard Space Flight Center）的任务首席研究员S. Bradley Cenko说。广视场伽马射线探测器一发现暴发，雨燕就把位置发送给地面天文台，并迅速转动X射线望远镜和紫外/光学望远镜，捕捉逐渐暗淡的余辉。“雨燕完成这一过程通常需要大约一分钟。”Cenko说。

这样的速度解开了一个长期悬而未决的谜题。短伽马射线暴在两秒内达到峰值，此前从未被定位到足以看到其余辉的精度。雨燕捕捉到一次仅持续百分之三秒的暴发，只探测到11个X射线光子，这一结果支持了短暴源于中子星碰撞的观点。中子星是恒星爆炸后留下的残骸，大小与一座城市相当。

雨燕还成了一台通用的应急望远镜。天文学家可以申请紧急观测，地面会在几分钟内发出指令，每天的观测日程最多可安排75个不同目标。它与NASA的费米（Fermi）望远镜一起发现了GRB 221009A，这是有记录以来能量最高的伽马射线暴，距离约24亿光年，昵称BOAT，取自“有史以来最亮”（brightest of all time）的英文缩写。

雨燕留下了一个档案库，包括紫外/光学望远镜拍摄的150多万张图像，数据总量约12太字节，NASA称这相当于约600部高清电影，而且全部公开。

它的谢幕留下哪些悬念

再入大气层的确切日期和地点仍不得而知。NASA只说预计在未来几周内，具体时间取决于太阳活动，因为太阳活动会改变高层大气的密度。前文那个令人安心的风险估计来自一家追踪公司，而非NASA公布的评估。

更大的悬而未决的问题是：谁来接替雨燕的角色。NASA尚未指定继任者。Domagal-Goldman表示，NASA正在“探索利用和增强NASA现有太空望远镜队伍的能力，从快速入轨的商业能力，到高效、创新的新任务”。其他航天器已在搜寻宇宙闪光，其中包括中法合作的SVOM和中国主导的爱因斯坦探针（Einstein Probe），费米也仍在监视伽马射线天空。这样的组合能在多大程度上取代一台能发现暴发并在大约一分钟内研究其余辉的望远镜，天文学家只有在实践中才能知道。

在卫星在轨服务方面，Katalyst表示，LINK证明了一家小公司可以在不到一年时间内造出并发射一艘机器人服务航天器，推进器和机械臂都能正常工作。但它始终没有证明最难的那一步：抓住一艘从来不是为被抓捕而设计的航天器。

关于雨燕谢幕的常见问题

NASA雨燕望远镜什么时候坠落地球？

NASA预计雨燕将在未来几周内再入大气层。它的最后一次科学观测是在2026年10月20日。

雨燕望远镜坠落的碎片危险吗？

这艘重约1450千克的航天器大部分应会烧毁。追踪公司LeoLabs表示，部分硬件可能残存，但对任何人造成重大损害或伤害的概率非常小，残存碎片最有可能落入海洋或无人居住的陆地。

NASA为什么救不了雨燕望远镜？

雨燕没有可以自行抬升轨道的发动机。根据与NASA签订的3000万美元合同，Katalyst Space建造了一艘名为LINK的机器人航天器，本应抓住雨燕并将其抬升，但反作用轮故障和旋转在它尝试捕获之前就耗尽了推进剂。

伽马射线暴是什么？

伽马射线暴是高能辐射的短暂闪光，也是已知最强大的爆炸类型。长暴来自大质量恒星的坍缩，而持续时间不到两秒的短暴则与中子星碰撞有关。

时间线与下一步

雨燕于2004年11月20日发射，NASA在2018年以其首任首席研究员Neil Gehrels的名字为它重新命名，Neil Gehrels已于2017年去世。它的里程碑式短暴GRB 050509B出现在2005年5月；BOAT则出现在2022年10月9日。

NASA于2025年9月25日与Katalyst签约，LINK于2026年7月3日从马绍尔群岛的夸贾林环礁（Kwajalein）发射，捕获行动于8月19日取消。LINK在9月下旬再入大气层，雨燕于10月20日完成了最后一次观测。

接下来就是坠落本身，预计在几周内发生。雨燕档案库将继续向研究人员开放，Domagal-Goldman说，这些数据“将在未来几十年继续推动新的发现”。

标签: 天文学, nasa, 伽马射线暴, Katalyst Space, Neil Gehrels, Swift Observatory

更多类似内容

太阳系巨行星在十分之九的模拟中分崩离析

玻利维亚云雾林中140万年历史的猫科谱系终于有了正式名称

阻断单个蛋白质，免疫细胞攻击癌细胞的能力大幅提升

红矮星旁一颗行星逆向公转，附近却找不到可归咎的巨型天体

嫦娥六号月背岩石表明，地球潮汐可能把月壳推向了月球背面

伊诺威太阳望远镜首次拍到太阳等离子漩涡——或揭开50年之谜