拍摄X射线“电影”？爱因斯坦探针将这样进行科学研究

1月9日15时03分，我国在西昌卫星发射中心使用长征二号丙运载火箭，成功将爱因斯坦探针卫星发射升空，卫星顺利进入预定轨道。

爱因斯坦探针卫星是中国科学院空间科学先导专项研制的一颗空间科学卫星，因主要科学目标涉及黑洞、引力波等爱因斯坦相对论的重要预言，取名为“爱因斯坦探针”。

2023年7月20日，在中国科学院微小卫星创新研究院，科研人员在做爱因斯坦探针卫星的热试验。新华社发（中国科学院微小卫星创新研究院提供）

拍摄X射线“电影”监测天体的活动

宇宙中有哪些爆发现象？这些爆发是如何发生的？宇宙中还有没有我们未知的天体类型？爱因斯坦探针卫星的一个重要任务，就是通过在X射线波段探测宇宙中的爆发现象，进而解答这些问题。

为监测这些天体爆发现象，爱因斯坦探针卫星共搭载了宽视场X射线望远镜（WXT）和后随X射线望远镜（FXT）两台有效载荷。

X射线属于电磁辐射的一种，它的波长很短，光子能量很高。天体的爆发和剧烈活动往往温度很高，会发出X射线。爱因斯坦探针卫星就像一台宽视野的摄像机，通过拍摄X射线“电影”来监测天体的活动和爆发。

“由于地球大气层会阻挡来自天体的X射线，所以需要把望远镜送入太空，才能开展X射线探测。”袁为民说，爱因斯坦探针卫星将开展高灵敏度实时动态巡天监测。

爱因斯坦探针卫星在轨运行示意图。（中国科学院微小卫星创新研究院供图） 

捕捉宇宙“焰火”

“宇宙中的爆发现象通常会在短时间内出现，然后很快消失，就像转瞬即逝的‘焰火’。这种‘焰火’是随机出现的，很难预测，想要及时捕捉到，就需要对宇宙空间进行大范围、不间断的巡视。”爱因斯坦探针卫星首席科学家、中国科学院国家天文台研究员袁为民说。

“爱因斯坦探针卫星是宇宙天体爆发的捕手，能精准捕捉到更加遥远和暗弱的暂现源和剧烈爆发天体，探寻来自引力波源的X射线信号，对研究恒星活动、黑洞和中子星等致密天体的形成、演化、并合等过程具有重要科学意义。”袁为民介绍。

所谓暂现源，是指在短时间内出现，然后很快消失的天体爆发事件；剧烈爆发天体则是指亮度在短时间内突然出现数量级式增长的天体。由于这类突发性事件在时间和空间上都很难预测，为了达到及时捕获信号的目标，就需要大视场的望远镜进行高频率的全天监测。

2023年8月28日，在中国科学院微小卫星创新研究院，科研人员在进行星箭对接试验。新华社发（中国科学院微小卫星创新研究院提供）

首次大规模运用“龙虾眼”微孔阵列聚焦成像技术

“该卫星的设计寿命为五年，它在国际上首次大规模运用‘龙虾眼’微孔阵列聚焦成像技术，探测能力达到国际领先水平，可实现灵敏度和空间分辨率1至2个数量级的提升，在进行大视场探测的同时，能够精准捕捉到宇宙中遥远暗弱的高能暂现源和转瞬即逝的未知现象，并发布预警引导天地基其他天文设备进行后随观测。”袁为民说。

科学家从龙虾眼睛奇特的聚焦成像原理中受到启发，设计出一种特殊的新型X射线望远镜，同时具有超大观测视野和更高的探测灵敏度。

“国际上现有的类似设备，由于灵敏度有限，主要探测的是银河系内的爆发现象，以及宇宙中最亮的伽马射线暴。要探测更多的来自其他星系的爆发现象，需要能看得更远的设备。”爱因斯坦探针卫星宽视场X射线望远镜光学系统负责人、中国科学院国家天文台研究员张臣说。

2023年8月28日，在中国科学院微小卫星创新研究院，科研人员在进行星箭对接试验。新华社发（中国科学院微小卫星创新研究院提供）

助力解答宇宙未解之谜

“从太阳系附近的恒星活动，到银河系和邻近星系中的白矮星、中子星和黑洞的爆发，再到更遥远星系中的超新星、宇宙中沉寂的黑洞的爆发等，爱因斯坦探针卫星的科学探测目标非常广泛。”爱因斯坦探针卫星科学应用系统总师、中国科学院国家天文台研究员刘元说。

此外，两个中子星并合时会产生引力波事件，爱因斯坦探针卫星还有可能发现伴随引力波信号的X射线辐射。

“爱因斯坦探针卫星能精准捕捉到更加遥远和暗弱的暂现源和爆发天体，探寻来自引力波源的X射线信号。”刘元说，这对研究恒星活动、致密天体形成及演化等具有重要科学意义。

“‘宇宙最早的恒星是什么时候形成的’‘是不是每个星系中心都存在一个超大质量黑洞’……这颗卫星的探测结果有望帮助回答一系列重要科学问题。”刘元说。

2023年9月11日，在中国科学院微小卫星创新研究院，爱因斯坦探针卫星正在进行力学试验。新华社发（中国科学院微小卫星创新研究院提供）

我国已发射多颗空间科学卫星

爱因斯坦探针卫星是继“悟空”“墨子号”“慧眼”“实践十号”“太极一号”“怀柔一号”“夸父一号”之后，中国科学院空间科学先导专项研制发射的又一颗空间科学卫星。中国科学院空间科学先导专项是我国迄今为止最大规模的科学卫星计划，也是我国首次以重大基础科学发现为主要目标的卫星计划。 

比如，“墨子号”是全球首颗量子科学实验卫星，其仅用一年时间就提前并圆满实现全部三大既定科学目标——千公里级量子密钥分发、千公里级星地双向量子纠缠分发以及千公里级地星量子隐形传态。

“慧眼”是我国首颗X射线空间天文卫星，其既可以实现宽波段、大视场X射线巡天，又能够研究黑洞、中子星等高能天体的短时标光变和宽波段能谱，同时也是具有高灵敏度的伽马射线暴全天监视仪。

“太极一号”是我国首颗空间引力波探测技术实验卫星。“太极一号”团队在国际上首次提出了利用“太极-LISA”进行联网观测的建议，有望将哈勃常数的准确度提高到千分之五，可对引力波波源的位置进行更快更准的定位，提升精度达四个量级。“太极一号”目前已圆满完成全部预设实验任务，实现了我国迄今为止最高精度的空间激光干涉测量，完成了国际首次微牛量级射频离子和霍尔两种类型电微推技术的全部性能验证，并率先实现了我国两种无拖曳控制技术的突破。

（中国科技网综合自新华社、科技日报、科学网等）