宇宙中還有沒有我們完全不知道的新的天體類型？
是不是每個星系的中心都像我們的銀河系一樣，存在一個超大質量黑洞？
物質是如何落入黑洞并發出 X 光的？
為了尋找答案，1月9日15時03分，我國在西昌衛星發射中心采用長征二號丙運載火箭，將愛因斯坦探針（EP）衛星發射升空。衛星順利進入預定軌道，發射任務取得圓滿成功。
該衛星是中國科學院空間科學先導專項繼“悟空”“墨子號”“慧眼”“實踐十號”“太極一號”“懷柔一號”和“夸父一號”之后，研制發射的又一顆空間科學衛星，于2017年12月29日經中國科學院批準立項，歐洲航天局和德國馬普地外物理研究所共同參與了研制。
愛因斯坦探針衛星在軌運行示意圖。中國科學院國家天文臺供圖
給宇宙里的X光拍電影
愛因斯坦探針衛星是一顆可以在軟X射線波段開展高靈敏度實時動態巡天監測的空間天文衛星。
“它就像一臺寬視場的攝像機，1天可以5次覆蓋半個天球，每個天區每次曝光約20 分鐘。通過拍攝天空的X光的電影，它可以監測天體的活動和爆發。”愛因斯坦探針衛星首席科學家、中國科學院國家天文臺研究員袁為民告訴《中國科學報》。
和可見光一樣，X 射線是電磁輻射的一種。宇宙中的天體因溫度不同而發出各種能段的電磁輻射，天體爆發和劇烈活動時往往溫度很高，會發出X 射線。
然而，宇宙中的X射線爆發現象通常會在短時間內出現，然后很快消失，就像宇宙中轉瞬即逝的“焰火”。這種“宇宙焰火”隨機出現，很難預測，想要及時捕捉到，就需要對天空進行大范圍、不間斷的巡視。
“因為地球大氣層會阻擋來自天體的 X 射線，所以我們把愛因斯坦探針送入太空。”袁為民說。
目前，國內外已有多顆X射線探測衛星，如我國第一顆空間X射線天文衛星“慧眼”衛星（HXMT）， 歐洲航天局發射的XMM-牛頓衛星（XMM-Newton），德國、美國、英國聯合研制的倫琴衛星（ROSAT），印度空間研究組織（ISRO）剛剛發射成功的X射線偏振探測器衛星（XPoSat）等。
袁為民介紹，之所以研制愛因斯坦探針衛星，是因為目前國際現有類似設備主要探測的是銀河系內的爆發現象，以及宇宙中最亮的伽馬射線暴，“要探測更多的來自其他星系的爆發現象，就需要能看得更遠的設備”。
愛因斯坦探針衛星被視為“宇宙天體爆發的捕手”，能精準捕捉到更加遙遠和暗弱的暫現源和爆發天體，探尋來自引力波源的X射線信號，對研究恒星活動、黑洞和中子星等致密天體的形成、演化、并合等過程具有重要科學意義。
“愛因斯坦探針衛星比現有國際上的同類設備，探測能力提高一個量級以上，能發現更遙遠和更微弱的信號，能看得更清晰，定位得更精準。”袁為民說。
更寬、更遠、更快
根據設計，愛因斯坦探針的主要科學目標之一是發現宇宙中的X射線暫現天體，監測已知天體的活動性，探究這些現象的性質及相關物理機制。
“愛因斯坦探針衛星的大視場可以對暫現和爆發天體開展較高采樣頻率的監測，獲得大樣本天體從秒到月的時標量級的X射線流強變化。對亮X射線源，衛星還可以獲得軟X射線能譜及其隨時間的長期變化，增進對天體X射線輻射變化的規律和輻射機制的認識。這些結果可以用于測量天體的物理參數，發現新的時變現象和規律, 進一步認識天體的本質、物理過程和演化。”袁為民說。
愛因斯坦探針的另一個科學目標是發現和探索宇宙中沉寂黑洞的耀發，測繪黑洞的分布，進一步理解其起源、演化和物質吸積過程。
愛因斯坦探針衛星科學應用系統總師、中國科學院國家天文臺研究員劉元介紹，愛因斯坦探針衛星兼具大視場和高靈敏度，是發現這些沉寂黑洞的利器，將擴大已有樣本，為測繪黑洞的分布，以及進一步理解其起源、演化和物質吸積過程提供條件。
此外，愛因斯坦探針衛星還將探尋來自引力波源的X射線信號，以增進對極端致密天體及其合并過程的認知。
“該衛星將利用其大視場、高靈敏度、快速響應的性能優勢，開展引力波源的 X 射線對應體的搜尋、后隨觀測和研究，還有望探測到理論預言的磁星驅動的X射線暫現源，為研究雙中子星的質量分布、并合形成的新天體及其演化規律、并合拋射物的性質等天體物理問題提供重要觀測依據。”劉元說。
袁為民表示，愛因斯坦探針衛星的科學目標覆蓋了從太陽系附近的恒星活動，到銀河系和鄰近星系中的白矮星、中子星和黑洞爆發，再到更遙遠星系中的超新星、宇宙中沉寂黑洞的爆發，一直到從宇宙最遙遠深處、經過漫長宇宙旅行才到達地球的伽馬射線暴。
關鍵技術擁有完全自主知識產權
愛因斯坦探針衛星之所以能夠看得很寬，且能看清更深、更遠的宇宙，得益于一項關鍵技術——龍蝦眼微孔陣列聚焦成像技術。
愛因斯坦探針衛星共搭載了兩臺有效載荷，分別是寬視場X射線望遠鏡（WXT）和后隨X射線望遠鏡（FXT）。龍蝦眼微孔陣列聚焦成像技術主要用于寬視場X射線望遠鏡。
“我們自主研發出了國際上最好的龍蝦眼微孔鏡片和寬視場X射線望遠鏡，擁有完全自主知識產權。”愛因斯坦探針衛星首席科學家助理、中國科學院國家天文臺研究員張臣告訴《中國科學報》。
自2010年起，科研人員開始研發龍蝦眼X射線成像技術。為確保技術可靠，愛因斯坦探針衛星研制團隊還開展了EP-WXT探路者“龍蝦眼X射線成像儀”（LEIA）試驗，于2022年7月27日搭載在中國科學院微小衛星創新研究院研制的空間新技術試驗衛星（SATech-01）上，由中國科學院力學研究所抓總研制的“力箭一號”火箭發射升空。
2022年9月5日，LEIA試驗發布了國際首幅寬視場X射線聚焦成像天圖，標志著我國率先掌握了X射線龍蝦眼聚焦成像技術，并實現了在軌試驗驗證。
“我們在國際上首次大規模運用龍蝦眼微孔陣列聚焦成像技術，實現了靈敏度和空間分辨率1至2個數量級的提升，使愛因斯坦探針衛星在進行大視場探測的同時，能夠精準捕捉到宇宙中遙遠暗弱的高能暫現源和轉瞬即逝的未知現象，并發布預警引導天地基其他天文設備進行后隨觀測。”張臣說。
據悉，愛因斯坦探針衛星的設計壽命為5年。中國科學院國家空間科學中心負責工程大總體和地面支撐系統的研制建設，微小衛星創新研究院負責抓總研制衛星系統，國家天文臺負責科學應用系統研制建設，中國西安衛星測控中心負責實施測控系統，中國航天科技集團有限公司第一研究院負責運載火箭研制生產。
發射現場。西昌衛星發射中心供圖
本文鏈接：捕捉宇宙焰火！我國空間科學衛星再添一員大將http://www.lensthegame.com/show-11-2108-0.html
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