宇宙天體爆發(fā)“捕手”！愛因斯坦探針衛(wèi)星如何探索動態(tài)宇宙之謎

今天（北京時(shí)間2024年1月9日）15時(shí)03分，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心使用長征二號丙運(yùn)載火箭，成功將愛因斯坦探針衛(wèi)星發(fā)射升空，衛(wèi)星順利進(jìn)入預(yù)定軌道，發(fā)射任務(wù)獲得圓滿成功。此次任務(wù)是長征系列運(yùn)載火箭的第506次飛行。

又一顆空間科學(xué)衛(wèi)星升空

愛因斯坦探針衛(wèi)星是中國科學(xué)院空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)繼“悟空”“墨子號”“慧眼”“實(shí)踐十號”“太極一號”“懷柔一號”“夸父一號”之后，研制發(fā)射的又一顆空間科學(xué)衛(wèi)星。那么，它有哪些科學(xué)目標(biāo)呢？

愛因斯坦探針衛(wèi)星首席科學(xué)家袁為民：探針在天文學(xué)的探測設(shè)備里邊是經(jīng)常用的一個(gè)詞語，表示是一個(gè)可以用來探測未知領(lǐng)域的工具。愛因斯坦探針衛(wèi)星可以捕捉宇宙中突然出現(xiàn)的一種爆發(fā)的現(xiàn)象，或者是天體的劇烈活動。這種在宇宙中忽然出現(xiàn)、持續(xù)一段時(shí)間、轉(zhuǎn)瞬即逝的這種天體，我們也稱為暫現(xiàn)源。

捕捉宇宙中的暫現(xiàn)源是愛因斯坦探針衛(wèi)星的主要任務(wù)。專家告訴我們，宇宙中有很多壯觀和神奇的暫現(xiàn)源和爆發(fā)源，從太陽系附近的恒星活動，到來自遙遠(yuǎn)的早期宇宙的伽馬射線暴層出不窮，在很短的時(shí)間里就可以輻射巨大的能量，這些能量集中在x射線波段，呈現(xiàn)復(fù)雜的亮度變化，就像不斷綻放的“宇宙焰火”。它們產(chǎn)生于天體形成和演化的關(guān)鍵階段，攜帶著宇宙、星系和恒星研究的關(guān)鍵信息，然而由于地球大氣的吸收，這些蘊(yùn)含寶貴信息的x射線無法到達(dá)地面。

愛因斯坦探針衛(wèi)星首席科學(xué)家袁為民：這些暫現(xiàn)源都相對是比較遙遠(yuǎn)的，它的信號也相對比較暗弱，它在天空中是隨機(jī)出現(xiàn)的，我們不知道它什么時(shí)候、在什么方向出現(xiàn)，目前的衛(wèi)星是很難探測到，所以我們需要一個(gè)非常大的視野的和高靈敏度的監(jiān)視器，這也是為什么我們要研制愛因斯坦探針衛(wèi)星，這樣來捕捉這些更加遙遠(yuǎn)和更加暗弱的暫現(xiàn)和爆發(fā)現(xiàn)象。

開展動態(tài)實(shí)時(shí)巡天監(jiān)測，探索天體演化奧秘

目前科學(xué)家已發(fā)現(xiàn)的暫現(xiàn)源只是宇宙中的“冰山一角”，通過愛因斯坦探針衛(wèi)星精準(zhǔn)捕捉宇宙中更加遙遠(yuǎn)和暗弱的暫現(xiàn)和爆發(fā)現(xiàn)象，將幫助我們解答哪些宇宙謎題呢？

愛因斯坦探針衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命5年，將運(yùn)行在距離地面600公里的軌道上，是國際首次在軟X射線波段開展大視場、高靈敏度、動態(tài)成像巡天監(jiān)測。它就像一個(gè)宇宙天體爆發(fā)的“捕手”，精準(zhǔn)捕捉更加遙遠(yuǎn)和暗弱的暫現(xiàn)源和爆發(fā)天體，同時(shí)監(jiān)測已知天體的活動，探究其本質(zhì)和物理過程，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(xué)意義。

愛因斯坦探針衛(wèi)星首席科學(xué)家袁為民：愛因斯坦探針能夠解決的科學(xué)問題涉及面非常廣，從太陽系附近的恒星是如何產(chǎn)生、耀發(fā)，到銀河系中的白矮星，中子星和黑洞如何產(chǎn)生、耀發(fā)和活動，再到銀河系以外的其他星系中的超新星是如何爆炸的，它是從什么樣的恒星演化而來的？其他的星系中心是否存在一個(gè)超大質(zhì)量黑洞？這些問題我們都（希望）能夠通過愛因斯坦探針衛(wèi)星的觀測幫助我們回答，讓我們對動態(tài)的宇宙有更深入的理解和認(rèn)識。

宇宙天體爆發(fā)“捕手”，探測能力國際領(lǐng)先

愛因斯坦探針衛(wèi)星將幫助科學(xué)家解開眾多有關(guān)動態(tài)宇宙的未解之謎，幫助回答關(guān)于宇宙天體的起源演化及其基本物理規(guī)律的一系列重要科學(xué)問題，這樣一個(gè)宇宙天體爆發(fā)的“捕手”，它的探測能力有多強(qiáng)？攜帶了哪些裝備，又是如何做到的呢？

愛因斯坦探針衛(wèi)星搭載了兩臺有效載荷，分別是寬視場X射線望遠(yuǎn)鏡和后隨X射線望遠(yuǎn)鏡。

愛因斯坦探針衛(wèi)星首席科學(xué)家袁為民：衛(wèi)星上的寬視場的x射線望遠(yuǎn)鏡，有12個(gè)模塊分布在衛(wèi)星的外圍，它的作用就是用來捕捉宇宙中這樣轉(zhuǎn)瞬即逝的爆發(fā)現(xiàn)象或者是暫現(xiàn)天體。一旦捕捉到爆發(fā)現(xiàn)象或暫現(xiàn)天體，衛(wèi)星會快速地轉(zhuǎn)動過去，用上面另外一個(gè)載荷，叫做后隨x射線望遠(yuǎn)鏡，用這兩個(gè)望遠(yuǎn)鏡就對發(fā)現(xiàn)的暫現(xiàn)源進(jìn)行深度跟蹤觀測，來得到更多的關(guān)于天體的x射線的信息。

要想捕捉到更遙遠(yuǎn)、更加暗弱的爆發(fā)現(xiàn)象和暫現(xiàn)天體，需要望遠(yuǎn)鏡具有更寬的視野、更高的靈敏度和空間分辨率。愛因斯坦探針衛(wèi)星在國際上首次大規(guī)模運(yùn)用了“龍蝦眼”微孔陣列聚焦成像技術(shù)。龍蝦眼睛由很多方形微孔組成，這種復(fù)眼結(jié)構(gòu)讓龍蝦獲得很大的視野，科學(xué)家從龍蝦眼睛奇特的聚焦成像中受到了啟發(fā)，提出了仿生“龍蝦眼”的微孔陣列X射線聚焦成像原理。經(jīng)過多年科研攻關(guān)和自主創(chuàng)新，我國科學(xué)家們最終給愛因斯坦探針衛(wèi)星裝上了“龍蝦眼”望遠(yuǎn)鏡，實(shí)現(xiàn)觀測靈敏度和空間分辨率相比同類型設(shè)備提升10倍以上，探測能力國際領(lǐng)先。

愛因斯坦探針衛(wèi)星首席科學(xué)家袁為民：我手上的就是龍蝦眼微孔成像的一個(gè)器件，在一個(gè)約4厘米×4厘米的玻璃片上，有接近100萬個(gè)微孔，每個(gè)微孔的直徑只有40微米，所有的微孔都指向同一個(gè)球心。

愛因斯坦探針衛(wèi)星首席科學(xué)家助理 龍蝦眼聚焦鏡負(fù)責(zé)人 張臣：每一個(gè)小孔都可以反射X射線，就把遠(yuǎn)方來的x射線給匯聚、聚焦在我們的探測器上面，這樣我們就能看得更遠(yuǎn)、更清楚。

衛(wèi)星在軌 “體檢”后將正式投入科學(xué)觀測

愛因斯坦探針衛(wèi)星發(fā)射成功后，后續(xù)將展開哪些工作？什么時(shí)候開始正式觀測呢？

據(jù)介紹，發(fā)射升空后，科研團(tuán)隊(duì)首先將對衛(wèi)星展開在軌的全面測試，對衛(wèi)星和載荷的性能進(jìn)行一系列驗(yàn)證。

愛因斯坦探針衛(wèi)星科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)總師 劉元：相當(dāng)于給衛(wèi)星先做一個(gè)全面“體檢”，表明整個(gè)衛(wèi)星的工作狀態(tài)都是正常的、把設(shè)備整個(gè)狀態(tài)調(diào)到最優(yōu)之后，我們會開展長期的科學(xué)觀測。預(yù)計(jì)每天大概會有100GB的數(shù)據(jù)回傳到地面，我們會把原始的數(shù)據(jù)進(jìn)行解包，然后生成相應(yīng)的科學(xué)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，包括這些暫現(xiàn)源的能譜和光面的信息以及圖像，供科學(xué)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行更深入地分析。

正式投入觀測后，一旦發(fā)現(xiàn)新的暫現(xiàn)或爆發(fā)天體，愛因斯坦探針衛(wèi)星不僅能自動調(diào)整姿態(tài)、快速指向并鎖定目標(biāo)，開展精細(xì)的自主觀測，其暫現(xiàn)源的警報(bào)系統(tǒng)還能通過北斗網(wǎng)絡(luò)下傳到科學(xué)運(yùn)行中心，引導(dǎo)全球的天文望遠(yuǎn)鏡開展多波段后隨觀測，來獲得更為豐富的觀測數(shù)據(jù)。

愛因斯坦探針衛(wèi)星首席科學(xué)家袁為民：進(jìn)行協(xié)同觀測的合作，這樣的話可以使我們的探測能段覆蓋得更寬，探測效果更好，能夠更好地推動我們對動態(tài)宇宙和極端宇宙的認(rèn)識。

欄目主編：秦紅 文字編輯：董思韻 題圖來源：新華社發(fā)（張敬攝） 圖片編輯：項(xiàng)建英

來源：作者：央視新聞