眼动仪

黑洞，这个词对于大部分人来讲并不陌生。许多以时空、宇宙为题材的电影作品，都出现过它的名号。30名研究人员耗时一年，用数千台计算机联网进行精确模拟，终于在《星际穿越》中大胆勾勒了黑洞的样子图源：sina.com 虽然是荧幕中的常客，事实上，我们对黑洞还知之甚微。它难以言喻的神秘、强大而诡异的美感，不光只是艺术创作的灵感源泉，更是人类智慧进步的驱动力。一点一点掀开它的面纱，或许会使我们对宇宙、生命产生完全不同的认知。 引力的神秘孩子：黑洞和中子星 一颗苹果的落地为人类带来了“引力”的概念，而也正是它，在极端宇宙中孕育了各种神奇的天体。 当一颗大质量恒星以绚烂的超新星爆炸结束自己的生命后，残留质量如超过了太阳的1.4倍，就难以抵抗自身引力的拉扯，坍缩成了体积小、质量大、密度高的中子星。如果超过了太阳的3-4倍呢？那就厉害了！引力将狂暴地席卷一切，彻底坍缩为“黑洞”。中子星和黑洞。一颗中子星可能只有一个小城市那么大（典型直径20km），但质量却可能是地球的几十万倍以上。图源：《活捉黑洞：中国慧眼看到极端宇宙》 1783年，英国剑桥大学的学监约翰米歇尔开了个清奇的脑洞，利牛顿公式他计算了逃离地球和太阳引力的速度，并推论如果一个质量足够大且足够紧致的恒星，其强大的引力场会使星体上的光都无法逃脱，也无法观测。十余年后，法国数学家拉普拉斯也得出了类似的推论，并将其命名为“暗星”（Black Star）。这就是200多年前，我们对“黑洞”最初的认识。 这个概念直到爱因斯坦发表广义相对论，有了引力对光的协调影响的理论，才开始被世界接受。从此，它在科学家们的演算纸中，以数学模型的形式成长了起来，逐渐具有了更丰富的物理内涵。 上世纪60年代脉冲星（以均匀时间间隔辐射脉冲的中子星）的发现，证实了中子星的存在。原来一颗恒星真的可以坍缩至如此小！那拥有更大质量的恒星更剧烈的坍缩也不是不可能的了。这也大为振奋了深信“黑洞”（Black Hole，脉冲星发现后不久，就被一位美国科学家正式命名了）存在的科学家们。 第一颗脉冲星的发现者乔斯林贝尔脉冲星的发现被誉为20世纪60年代天文学“四大发现”之一图源：iflscience.com被称为“宇宙灯塔”的脉冲星示意图图源：ech.qq.com 很快，世界第一颗X射线天文卫星乌呼鲁（Uhuru，原意是“自由”）在1971年为人类带来了“黑洞”存在的证据。它捕捉到的一个强X射线源，是一个不可见的、质量是太阳约10倍的致密天体——天鹅座X-1。如此庞大的质量，让科学家们认定它为黑洞无疑。 世界第一颗X射线天文卫星“乌呼鲁（Uhuru）”图源：baike.baidu.com 经过几百年的努力，我们已经将极端宇宙大门推开了一丝缝隙，感受到了门后世界的浩大和无尽神奇。理解“黑洞”，可能将左右人类对宇宙未来的认识和预测；而中子星作为天然的高能加速器，也可帮助我们进行无法在地球上的加速器开展的研究。不过，所有对于它们这样那样的推论和猜想，都需要用“看”到的实际证据来验证。 迢迢黑洞，一“线”牵 黑洞在宇宙中设下了“引力陷阱”，连光都会闷不吭声地掉进去，这样决心低调到骨子里的天体，叫人怎么能“看”清楚呢？ 引导我们走近它的关键，就是X射线。 用一个比较简单易懂的说法：长期在宇宙中“岁月静好”的黑洞却有一个天生的习惯，那就“贪吃”。当它旁边有物质存在时，霸道的引力会将这些物质统统“吃掉”。大快朵颐期间，由于它“嚼”得实在是太激烈了（毕竟引力技能满点！），带电粒子会在这样的高温、高密度、强磁场、强引力场等极端物理条件下产生高能辐射，这个时候黑洞就“亮”了！ 不过发出的光并不是可见的光，而是比其高能成千上万倍的X射线，甚至是γ射线。一般意义上，辐射出的X射线能量越高就意味着越靠近黑洞。贪吃的黑洞图源：《活捉黑洞：中国慧眼看到极端宇宙》 不同物理条件的天体，发出的电磁辐射的性质不尽相同。正因如此，通过研究宇宙X射线可帮助我们反推黑洞的物理状态。鉴于地球大气会将这些高能X射线吸收，所以卫星成为了最重要的观测工具。 1962年，美籍意大利裔天文学家里卡尔多贾科尼利用探空火箭，意外发现了除太阳以外的第一个宇宙X射线源——天蝎座X-1，从此开启了X射线天文学。在“乌呼鲁”正式树立起里程碑后，从20世纪七十年代始，包括英国、美国、荷兰、日本等多个国家，都相继发射了一系列的X射线天文卫星，迈向了深空。 第一个探测宇宙X射线的实验Giacconi et al., Phys. Rev. Lett., 9, 439 (1962)图源：ihep.cas.cn 《仰望星空—探索黑洞的历程》 而之前被送往宇宙的诸多卫星，大多都“专情”于波长较长、能量相对较低（0.1 keV-10keV）的软X射线波段。虽拥有很高的灵敏度，却容易饱和，较擅长观测“安静”的黑洞。而那些迸射出波长较短、能量相对较高（10 keV -1000 keV）硬X射线的“暴躁”黑洞，容易被它们所错过。 和软X射线观测相比，硬X射线观测可以摆脱热辐射的影响；和γ射线观测相比，由于光子的流强足够高，更易于被观测，可用于黑洞附近区域的物理性质及变化的详细研究，这也让其也成为了X射线天文观测发展的一个重要方向。而最新的一颗同时拥有高灵敏度和分辨率的硬X射线望远镜卫星HXMT，就是在中国诞生的。 （本图为仅为示意） 终得“慧眼”，开启一场伟大的宇宙探索 20世纪80年代，李惕碚、顾逸东、吴枚等第一批推动我国空间天文和其他空间科学探测的科学家出现了。通过不懈努力，并在著名核物理学家何泽慧先生的大力支持下，中国第一个用于空间高能天文观测的硬X射线望远镜，由高空气球“HAPI-1”送入了33千米的高空，飞行了8小时，实现了平流层高度上的天体X射线观测。 何泽慧先生在香河气球发放场图源：ihep.ac.cn 不过X射线，特别是硬X射线，波长极短、能量极高，如是普通的光学天文望远镜，射线会直接撞击或者穿透镜面，无法发生反射和折射，进而无法成像。虽然编码孔径成像技术和掠射式镜面技术解决了这个问题，但运用这两种方法制造的望远镜都十分复杂和昂贵，对于当时中国的工业和科技水平来讲都非常困难。 困局在1992年被打破了。李惕碚院士和吴枚研究员创新性的提出了直接调制成像方法，这种新的算法即使无法实现聚焦，仍可有效地将调制后的信号还原成图像。结合扫描探测技术，基于直接解调制成像法的硬X射线调制望远镜（Hard X-ray Modulation Telescope，HXMT）的建议于1993正式提出。但由于太过“神奇”，经过了长达18年艰辛的理论、实验和数据分析工作，终于于2011年迎来了立项。遗憾的是，同年何泽慧先生与世长辞，为纪念先生，HXMT升空后被赋予了另一个名字——“慧眼”。左：球载硬X射线望远镜HAPI-4，对直接调制成像方法进行了验证右：1994年9月HXMT的项目建议书 HXMT卫星首席科学家张双南研究员曾介绍到，十八年间，科学前沿以及X射线探测技术都有了较大的变化。所以，对这颗卫星的研究目标和手段也进行了调整，能区范围已经扩大到了1~250keV。不同能段的观测任务被分别分配到了高、中、低能望远上，其中最为受到关注的，则是高能望远镜上的18个主探测器。 “慧眼”的18个主要探测器 这18个主探测器每个直径19cm，总面积高达5000cm2，是目前世界上面积最大的空间X射线探测器阵列。它担任着高能能区，也就是硬X射线波段的探测任务，为我们捕捉光子的能量和时间等信息。之所以它可以敏锐的“看到”硬X射线，其核心部件——碘化钠和碘化铯的复合晶体可谓是功不可没。 碘化钠和碘化铯是两种对X射线非常敏感的晶体，它可以将“高深”的X射线“语言”转化为探测器可以读懂的“语言”（荧光信号）。然而，想将这样大面积且将多种厚度不同的晶体光导材料进行高质量的耦合，并实现在良好的抗震性能和密封性的基础上，达到世界一流的分辨率，是十分困难的。可以说，探测器是否优越和稳定，最终取决于封装工艺。 满足机械抗震指标是基础，实现高分辨率是核心，这需要拥有雄厚的技术功底。虽面临着国外技术和产品的“封杀”。但最终在负责HXMT高能望远镜的中科院高能物理研究所研制团队和北京滨松光子技术股份有限公司的共同努力下，经历了一系列艰辛的过程后（29轮试制，制作了30多个样品），终于解决了同时满足整体性能及抗震指标的大面积复合晶体封装问题，达到了国际同类产品先进水平。滨松5英寸光电倍增管HXMT高能望远镜的主探测器（右下：复合晶体）。探测器读出端采用的是滨松公司的5英寸端窗式光电倍增管，除了良好的工作稳定性，抗震性能也是核心指标。为了保证产品整体性能达标，滨松公司也专门成立了抗震性能研发小组，在有限时间内，保质保量完成了供货，并额外提供了样品，保障了项目的顺利进行。同时滨松公司生产的硅光电倍增管（MPPC）也被使用在了慧眼卫星的轨标定探测器中。这是硅光电倍增管在世界范围内首次被用于卫星项目中，也验证了其在空间使用的可靠性。滨松MPPC产品（部分）当然，历经艰难的不止只有高能团队，中能、低能望远镜及地面等团队都经受了巨大的考验，每一步的进展都伴随着起起伏伏，一条长征路走得艰辛，却也是单单一个“艰辛”所无法去涵盖和形容的。终于，伴随着HXMT的正式诞生，几代中国空间天文学研究者的梦想开出了珍贵的花朵。硬X射线调制望远镜（Hard X-ray Modulation Telescope，HXMT）——“慧眼” 2017年6月15日，HXMT卫星在酒泉火箭发射中心顺利升空，在轨测试期间，通过多天区的扫描成像观测和特定天区的定点观测，以及伽马射线暴监测等测试，各项功能和性能都得到了验证，并取得了银道面扫描监测、黑洞及中子星双星观测、伽马射线暴、引力波电磁对应体探测、太阳耀发、特殊空间环境事件等初步科学成果。 其中，最为引人注目的，则是2017年8月对引力波GW170817事件电磁对应体的成功监测，这也让人类在引力波观测中终于变得“耳聪目明”，慧眼卫星对其高能段的辐射给出了严格的限制，为全面理解该引力波事件和引力波闪的物理机制做出了重要贡献。慧眼卫星团队反应迅速，在全球70多个团队中，中国慧眼望远镜是第七个报告成果的，在本次引力波事件最重要的发现论文的正文部分有‘慧眼’的观测结果。此外，“慧眼”的详细分析结果以独立论文的形式于2017年10月16日同步发表在《中国科学：物理学力学天文学》杂志英文版的网页版。 HXMT卫星成为了中国空间X射线天文的开端，实现了宽波段、高灵敏度、高空间分辨率X射线巡天、定点和小天区观测，在世界现有X射线天文卫星中，具有先进的暗弱变源巡天能力、独特的多波段快速光变观测能力等优势，也将中国正式推上了世界空间天文的大舞台。2018年1月30日，HXMT卫星正式完成了在轨交付，如今它也正翱翔于宇宙，以一双“慧眼”，以期为人类探寻黑洞，以及更多的深空奥秘做出贡献。载梦翱翔于宇宙的“慧眼”卫星 参考文献：硬X射线调制望远镜卫星：巡天监测，刷新人类认知极限，倪伟波，《科学新闻》空间科学先导专项特刊；仰望星空——探索黑洞的历程，李惕碚，中国科学院高能物理研究所官网；透视宇宙的眼睛——“硬X射线调制望远镜”，卢方军，中国科学院高能物理研究所，《国际太空》2009年第12期；“黑洞，我来啦！”:“慧眼”空间X射线天文卫星自述，熊少林，中国科学院高能物理研究所，科学大院公众号荔枝网转载；“慧眼”硬X射线调制望远镜到底能做什么？，杭添仁，知乎；【人民日报海外版】人类首次“看到”引力波事件 中国“慧眼”做出重要贡献，吴月辉，中国科学院高能物理研究所；《中国科学报》 (2017-11-06 第5版 创新周刊) 探测引力波事件的“中国身影”，高雅丽。

3月25日，由斯微(上海)生物科技有限公司、同济大学附属东方医院合作研发的针对预防新型冠状病毒肺炎的mRNA疫苗Ⅰ期临床试验正式启动。启动“mRNA新型冠状病毒肺炎疫苗在18岁及以上健康易感人群中接种的安全性及免疫原性的随机、双盲、安慰剂对照Ⅰ期临床试验”，标志着上海自主研发mRNA新冠肺炎疫苗正式进入了预防新冠疫情的临床试验行列。（图片来源：上海市东方医院官微）　　据悉，为应对新冠肺炎疫情，斯微生物、东方医院联合中国疾病预防控制中心，与高福院士谭文杰团队开展密切合作，于2020年1月开始研发mRNA新冠肺炎疫苗。本疫苗研发项目被国家科技部作为新冠疫苗的五条研发路线之一应急立项，并由国家卫健委疫苗专班监督和支持。　　利用此前依托上海市科委“上海市信使核糖核酸(mRNA)应急疫苗技术创新中心”和“上海张江国家自主创新示范区干细胞战略库与干细胞技术临床转化平台”课题建设的斯微mRNA合成平台的研究成果和自主专利技术，在40天内快速合成、制备和测试疫苗样品。　　mRNA疫苗原理是让mRNA编码病毒的抗原蛋白序列。mRNA 在进入人体细胞内后，会被人体细胞作为模板，来生产病毒的抗原蛋白，同时激活人体的体液免疫和细胞免疫，产生保护性抗体。　　经过近一年的研发攻关，在国家科技部新冠应急项目、上海市科委以及同济大学新冠应急专项的支持下，该项目完成了疫苗的临床前评价研究，并相继完成全部药学、药理毒理及申报相关临床材料的滚动提交内容。今年1月4日，该项目获得国家药品监督管理局签发《药物临床试验批件》(批件号2020L00047)，应急批准mRNA新型冠状病毒肺炎疫苗(COVID-19-mRNA Vaccine)进行临床试验。　　此项目同时纳入“同济大学疫苗实验室”专项项目。在该实验室平台上，同济大学附属东方医院等多家医院曾开展mRNA肿瘤疫苗临床试验，已初步取得良好效果，并对疫苗实验室平台进行了严格的安全性及有效性评价。

1月16日，由厦门大学孙世刚教授担任项目总负责人的国家自然科学基金委国家重大科研仪器设备研制专项&ldquo 基于可调谐红外激光的能源化学研究大型实验装置&rdquo 项目启动会在中国科学技术大学国家同步辐射实验室召开。国家基金委化学部常务副主任梁文平主持会议，我校副校长詹心丽，能源材料化学协同创新中心主任、化学化工学院田中群院士，化学化工学院万惠霖院士、院长江云宝教授，科技处副处长赖日泉等参加了会议。　　梁文平强调指出，这个项目资助金额巨大，是基金委2014年立项的重大科研仪器专项经费最大的一个项目。项目组成员和项目参与单位一定要提高认识，仔细研究进度安排，保持与领导和专家的联系，及时解决项目进行中遇到的困难和问题，确保项目高质量的完成。　　詹心丽代表项目领导小组双组长之一、厦门大学校长朱崇实教授对各位领导、嘉宾、专家的莅临和对该项目的大力支持表示衷心感谢，并代表朱崇实郑重承诺：一定会做好项目实施的保障工作，将本次项目启动会作为新的起点，做好监督工作，督促项目组按照时间节点高质量地完成项目任务。　　詹心丽特别指出，这个项目是在厦门大学、复旦大学、中国科学技术大学和中国科学院大连化学物理研究所共建的&ldquo 能源材料化学协同创新中心&rdquo 的精心组织和积极协调下，取得的四方共赢的一个重大科研项目。这是协同中心扎扎实实落实教育部&ldquo 2011计划&rdquo 精神，真正&ldquo 以重大任务和项目来牵引协同中心的研究方向&rdquo 所取得的重大协同增效成果。预祝这个项目进展顺利，能够产出国际一流的科研成果，并在协同创新方面为我国高等教育制度的改革作出有益的尝试和贡献。　　出席启动会的主管单位领导还有国家基金委计划局项目处处长谢焕瑛，教育部科技司基础处处长邰忠智，基金委化学部三处处长杨俊林和项目主任高飞雪，中科院前沿局数理化处项目主管卢宇 项目单位领导还有中国科学技术大学副校长朱长飞教授，中国科学院大连化学物理研究所副所长、项目专家杨学明院士，中科大国家同步辐射实验室主任、项目专家吴自玉研究员以及项目单位科技处的领导等。朱长飞对与会领导和专家的到来表示热烈欢迎，并表示中科大将从人力、物力、财力等各方面对项目的实施给予全力支持。吴自玉表示将提供现有的国家同步辐射实验室核物理大厅，经过必要的改造后，用于项目红外自由电子激光光源的放置和实验站的空间用房。　　部分项目专家委员会委员和项目监理组成员也参加了启动会。杨学明院士主持了项目的讨论环节。项目总负责人、我校孙世刚教授汇报了项目的总体情况和进度安排，红外自由电子激光光源负责人、中科大高琛教授介绍了光源部分的研制构想。与会专家和监理组成员对项目研究内容进行了讨论，并提出建设性改进意见。　　与会领导和专家还实地考察了国家同步辐射实验室和核物理大厅，并对国家同步辐射实验室的会议组织工作表示感谢。　　项目简介：　　国家重大科研仪器设备研制专项&ldquo 基于可调谐红外激光的能源化学研究大型实验装置&rdquo 以解决化石能源高效优化利用和洁净新能源开发的关键科学问题为需求，选定能源转化效率和选择性这两个核心科学问题，结合当前自由电子激光等技术领域最新成果，发展光检测、光解离和光激发三类实验方法。该大型实验装置的建设将充分发挥厦门大学在催化、电化学、表界面谱学等研究的优势，中科大在同步辐射、光激发方面的优势，复旦大学在谱学、反应动力学方面的优势和大连化物所在团簇、分子动力学等研究领域的优势。拟研制的可调谐红外激光光源针对能源化学体系进行优化，其综合性能达到国际先进水平。通过该项目的实施，将建立国际上第一个面向能源化学研究的大型红外实验装置，检测过去能源化学研究中无法检测的关键中间体，实现高空间和高时间分辨原位研究，从分子、团簇、表界面多层次揭示能源化学反应的规律。该项目总经费8500万，为期5年。