“爱因斯坦探针”：助人类窥探神秘太空

2024年1月9日15时03分，我国在西昌卫星发射中心采用长征二号丙运载火箭，成功将“爱因斯坦探针”科学卫星发射升空，卫星顺利进入预定轨道。此次任务是长征系列运载火箭的第506次飞行。西昌卫星发射中心实现2024年首次发射任务“开门红”，同时也拉开了全年高密度发射任务的序幕。

“爱因斯坦探针”卫星是中国科学院空间科学先导专项继“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，研制发射的又一颗空间科学卫星。因为该颗卫星的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，所以取名为“爱因斯坦探针”。那么，这根“探针”到底有何作用与意义呢？据了解，它是宇宙天体爆发的“捕手”，能精准捕捉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，对研究恒星活动以及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。

巧用龙虾眼成像原理，看得广，又看得细

空间望远镜、天文卫星在地球轨道或者其他太空位置进行天文观测时，比地面有更大优势，可以不受地球大气层的影响，观测到地面无法观测的一些宇宙天体射线，从而帮助人类了解和研究地外天体。这些射线中，X 射线、γ 射线的辐射能量很高，观测它们可以获得更有价值的天体信息。全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩介绍，在观测X 射线的卫星中，按能量不同，可分为硬X 射线与软X 射线。我国第一个X 射线望远镜是以硬X 射线为观测目标的“慧眼”卫星，“而此次发射的‘爱因斯坦探针’则能更好地观测软X 射线，对于黑洞、宇宙中的‘礼花’等快速发生的天文现象有更好的观测能力”。

长期以来，因为很难被折射和反射，软X 射线极难探测。而此次的“爱因斯坦探针”在国际上首次大规模运用了“龙虾眼”微孔阵列聚焦成像技术，探测能力大大提升。从龙虾眼睛奇特的聚焦成像原理中受到启发，科学家设计出了这种新型的X 射线望远镜，其同时具有超大观测视野和更高的探测灵敏度。与龙虾球状眼睛上的方形微孔类似，“爱因斯坦探针”所用的宽视场X 射线望远镜（WXT）也由很多方形微孔组成，独特的设计使得软X 射线得以聚焦，同时弧形结构也让WXT 可以接收更大范围的光。

也就是说，这种望远镜在看得很广的同时，还可以看到更暗、更远的宇宙。正因如此，“爱因斯坦探针”卫星可以对目前知之甚少的软X 射线波段进行大视场、高灵敏度、快速时域巡天监测。

以“爱因斯坦”命名，蕴含着怎样的使命和希冀

“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，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。

据了解，中国科学院国家天文台X射线成像实验室自2010年起开始研发“龙虾眼”X射线成像技术，经过多年的关键技术攻关，终于全面掌握了该项技术，并具有完全自主知识产权。 “爱因斯坦探针”卫星的主要科学目标之一，是发现宇宙中的X射线暂现天体，监测已知天体的活动性，探究这些现象的性质及相关物理机制。“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表示，天体辐射的变化主要表现为两类：一类是暂现和爆发源，在时间和空间上都不可预测，比如超新星激波暴、高红移伽马暴、特殊伽马暴和X射线闪、磁星、中子星双星、白矮星（激变变星）等；另一类是天体的持续辐射的变化，比如各类的活动星系核/大质量黑洞、黑洞和中子星X射线双星、激变变星（恒星级质量黑洞、其他致密天体）、极亮X射线源等。

袁为民说，“爱因斯坦探针”卫星的大视场可以对暂现和爆发天体开展较高采样频率的监测，可以获得大样本天体从秒到月的时标量级的X 射线流强的变化（光变曲线）。对亮X射线源，还可以获得其软X 射线能谱及随时间的长期变化，增进对天体X 射线辐射变化的规律和辐射机制的认识。这些结果可以测量天体的物理参数，发现新的时变现象和规律，进一步认识天体的本质、物理过程和演化。

由此可见，作为我国首颗大视场X 射线天文卫星，“爱因斯坦探针”卫星可以用于捕捉爱因斯坦预言的黑洞及引力波电磁对应体等天文现象。这或许是其以“爱因斯坦”命名的原因，也是其国际领先的探测能力所承载的使命和希冀。

宇宙天体爆发的“捕手”，探X 射线、测黑洞、寻引力波

“爱因斯坦探针”卫星首席科学家助理、中国科学院国家天文台研究员张臣表示，发现和探索宇宙中沉寂的黑洞的耀发，测绘黑洞的分布，进一步理解其起源、演化和物质吸积过程，是“爱因斯坦探针”卫星的另一大科学目标。

作为宇宙中最神秘的天体，黑洞的探测和研究一直是天文学中的重点，也是大众最感兴趣的方向之一。根据质量的不同，黑洞可以分为恒星级黑洞、中等质量黑洞和大质量黑洞。这些黑洞本身不会发光，但是可以通过吸积周围物质释放引力能而产生电磁辐射，观测上主要表现为活动星系核和黑洞X 射线双星。目前，“星系中心存在大质量甚至超大质量黑洞”这一观点已被普遍接受，然而只有约10% 的星系处于活动状态，剩余的约90% 处于宁静的非活动状态，而潮汐瓦解事件（TDE）为研究其中的沉寂黑洞提供了独有的探针。

这些隐身的黑洞只有在爆发时才能被大视场或快速巡天的望远镜发现，“爱因斯坦探针”卫星兼具大视场和高灵敏度，是发现这些沉寂黑洞的利器，将从量级上扩大已有样本，为测绘黑洞分布以及进一步理解其起源、演化和物质吸积过程提供条件。

“爱因斯坦探针”卫星还有一项任务是探寻来自引力波源的X 射线信号，以增进对极端致密天体及其并合过程的认知。“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介绍说，该卫星将利用其大视场、高灵敏度、快速响应的性能优势，开展引力波源的X 射线对应体的搜寻、后随观测和研究。

此外，“爱因斯坦探针”卫星有望探测到理论预言的作为双中子星并合产物的磁星驱动的X 射线暂现源，这将对证实双中子星并合的产物及中子星物态方程起到重要的限制作用，为研究双中子星的质量分布、并合形成的新天体及其演化规律、并合抛射物的性质等天体物理问题提供重要的观测依据。

文章来源：《浙江日报》

（责任编辑：吴宇）