爱因斯坦探针卫星：宇宙天体爆发“捕手”

光明日报记者 齐 芳

许多天文事件，总会在宇宙中绽放“看不见的焰火”——X射线。刚刚发射升空的爱因斯坦探针卫星，专门用于捕捉这些“看不见的焰火”，可谓是宇宙天体爆发“捕手”。

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一颗面向时域天文学和高能天体物理的X射线天文探测卫星，能够捕捉到黑洞及其爆发、引力波源电磁对应体、超新星爆发等天文现象，从而帮助科学家解决其中的重大科学问题。”

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

爱因斯坦探针卫星是一颗特殊的X射线卫星，它搭载一台软X射线波段的宽视场监视器，以满足在该波段开展大视场全天监测的迫切需求。更特别的地方在于，它采用仿生龙虾眼的聚焦光学系统设计，同时具有高灵敏度和大视场的双重优势。这样的设计，让其补上了时域天文学研究中的“短板”——在软X射线波段，大视场全天监测设备还是空白。

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金驰川解释，时域天文学主要研究对象是暂现源和剧烈爆发天体，“暂现源是指在短时间内出现，又很快消失的天体。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。比如恒星塌缩、中子星合并、黑洞潮汐瓦解事件等。这些事件是我们了解宇宙的‘典型案例’，但它们很难被预测，只能依靠大视场的望远镜进行高频率的全天监测。”

暂现源和剧烈爆发天体的辐射普遍能在X射线波段被探测到，但目前在轨运行的X射线大视场监测设备多集中在中等和硬X射线波段，软X射线波段（光子能量小于2keV）尚未有很好的全天监测设备。爱因斯坦探针卫星WXT（宽视场X射线望远镜）仪器科学家、中国科学院国家天文台研究员凌志兴说：“这是因为目前这类设备的设计已经达到了技术瓶颈，而且有了高灵敏度和空间分辨率，就无法实现大视场，难以胜任全天监视器的工作。”

“龙虾眼”微孔聚焦成像等新技术、新设备的应用，让爱因斯坦探针卫星看得更高、更远，使其兼具高灵敏度、高空间分辨率和大视场等优势。“爱因斯坦探针卫星还搭有一台窄视场的X射线望远镜，以开展深度后随观测。因此，与现有的国际上同类设备相比，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，也能看得更清晰，定位得更精准。”凌志兴说，“我们不仅能看到银河系内的爆发现象和宇宙中最亮的伽马射线暴，也能探测到更多来自其他星系的爆发现象。”

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的爆发、宇宙中沉寂的黑洞的爆发，一直到从宇宙最遥远的深处、经过漫长的宇宙旅行才到达地球的伽马射线暴……爱因斯坦探针可能会给科学家带来很多惊喜。

其中，主要科学目标包括，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；测绘黑洞的分布，进一步理解其起源、演化和物质吸积过程；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等。

国际天文学界普遍认识到了在软X射线波段进行天文监测的重要性，也提出了一些卫星项目，不过这些项目普遍还在立项和预研阶段。“中国的先行一步，让我们在这一方向处于领先地位。”袁为民说。

（光明日报北京1月9日电）

《光明日报》（2024年01月10日 04版）

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