爱因斯坦探针卫星在轨运行示意图。中国科学院国家天文台供图宇宙中还有没有我们完全不知道的新的天体类型？是不是每个星系的中心都像银河系一样，存在一个超大质量黑洞？物质是如何落入黑洞并发出X光的？为了寻找答案，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，将爱因斯坦探针（EP）卫星发射升空。卫星顺利进入预定轨道，发射任务取得圆满成功。该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”和“夸父一号”之后，研制发射的又一颗空间科学卫星，于2017年12月29日经中国科学院批准立项，欧洲航天局和德国马普地外物理研究所共同参与了研制。给宇宙里的X光拍“电影”爱因斯坦探针卫星是一颗可以在软X射线波段开展高灵敏度实时动态巡天监测的空间天文卫星。“它就像一台宽视场摄像机，1天可以5次覆盖半个天球，每个天区每次曝光约20分钟。它通过拍摄天空中X光的‘电影’，监测天体的活动和爆发。”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告诉《中国科学报》。和可见光一样，X射线是电磁辐射的一种。宇宙中的天体因温度不同而发出各种能段的电磁辐射，天体爆发和剧烈活动时往往温度很高，就会发出X射线。然而，宇宙中的X射线爆发现象通常会在短时间内出现和消失，就像宇宙中转瞬即逝的“焰火”。这种宇宙“焰火”随机出现，很难预测，要想及时捕捉到，就需要对天空进行大范围、不间断的巡视。“因为地球大气层会阻挡来自天体的X射线，所以我们把爱因斯坦探针卫星送入太空。”袁为民说。目前，国内外已有多颗X射线探测卫星，如我国第一颗空间X射线天文卫星“慧眼”卫星， 欧洲航天局发射的XMM-牛顿卫星，德国、美国、英国联合研制的伦琴卫星，印度空间研究组织刚刚成功发射的X射线偏振探测器卫星等。袁为民介绍，之所以研制爱因斯坦探针卫星，是因为目前国际现有类似设备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，“要探测更多来自其他星系的爆发现象，就需要能看得更远的设备”。爱因斯坦探针卫星被视为“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与爆发天体，探寻来自引力波源的X射线信号，这对研究恒星活动、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。“相比现有国际上的同类设备，爱因斯坦探针卫星的探测能力提高了一个量级以上，能发现更遥远和更微弱的信号，看得更清晰、定位更精准。”袁为民说。更宽、更远、更快根据设计，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，探究这些现象的性质及相关物理机制。“爱因斯坦探针卫星的大视场可以对暂现源和爆发天体开展较高采样频率的监测，获得大样本天体从秒到月时标量级的X射线流强变化。对亮X射线源，卫星还可以获得软X射线能谱及其随时间的长期变化，增进对天体X射线辐射变化的规律和辐射机制的认识。这些结果可以用于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。”袁为民说。爱因斯坦探针卫星的另一个科学目标是发现和探索宇宙中沉寂黑洞的耀发，测绘黑洞的分布，进一步理解其起源、演化和物质吸积过程。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，该卫星兼具大视场和高灵敏度，是发现这些沉寂黑洞的利器，将扩大已有样本，为测绘黑洞的分布，以及进一步理解其起源、演化和物质吸积过程提供条件。此外，爱因斯坦探针卫星还将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合并过程的认知。“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，还有望探测到理论预言的磁星驱动的X射线暂现源，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观测依据。”刘元说。袁为民表示，爱因斯坦探针卫星的科学目标覆盖了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、中子星与黑洞爆发，再到更遥远星系中的超新星、宇宙中沉寂黑洞的爆发，一直到从宇宙最遥远深处、经过漫长宇宙旅行才到达地球的伽马射线暴。关键技术拥有完全自主知识产权爱因斯坦探针卫星之所以能看得宽，且能看清更深、更远的宇宙，得益于一项关键技术——龙虾眼微孔阵列聚焦成像技术。爱因斯坦探针卫星共搭载了两台有效载荷，分别是宽视场X射线望远镜和后随X射线望远镜。龙虾眼微孔阵列聚焦成像技术主要用于宽视场X射线望远镜。“我们自主研发出国际上最好的龙虾眼微孔镜片和宽视场X射线望远镜，拥有完全自主知识产权。”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告诉《中国科学报》。自2010年起，科研人员开始研发龙虾眼X射线成像技术。为确保技术可靠，爱因斯坦探针卫星研制团队还开展了EP-WXT探路者“龙虾眼X射线成像仪”（LEIA）试验，于2022年7月27日搭载在中国科学院微小卫星创新研究院研制的空间新技术试验卫星上，由中国科学院力学研究所抓总研制的“力箭一号”火箭发射升空。2022年9月5日，LEIA试验发布了国际首幅宽视场X射线聚焦成像天图，标志着我国率先掌握了X射线龙虾眼聚焦成像技术，并实现了在轨试验验证。“我们在国际上首次大规模应用龙虾眼微孔阵列聚焦成像技术，实现了灵敏度和空间分辨率1至2个数量级的提升，使爱因斯坦探针卫星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。”张臣说。据悉，爱因斯坦探针卫星的设计寿命为5年。中国科学院国家空间科学中心负责工程大总体和地面支撑系统的研制建设、微小卫星创新研究院负责抓总研制卫星系统、国家天文台负责科学应用系统研制建设，中国西安卫星测控中心负责实施测控系统，中国航天科技集团有限公司第一研究院负责运载火箭研制生产。（原载于《中国科学报》 2024-01-10 第1版 要闻）