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宇宙中还有另一只眼睛，可以探知宇宙的奥秘。这次不只是一两个，而是“龙虾眼”。它的任务是观察整个宇宙的软X射线耀斑。

爱因斯坦探测卫星| 中国科学院微小卫星创新研究院

2024年1月9日15:03，中国通过西昌卫星发射中心的长征二号丙运载火箭将“爱因斯坦探测器”（EP）卫星送入预定轨道。

长征二号丙运载火箭搭载爱因斯坦探测卫星点火升空| 新华社（凌斯勤摄）

爱因斯坦飞船是中国科学院空间科学先导工程二期工程，具有三大科学目标：

发现太空中X 射线物体的短暂出现和爆炸，发现和探索太空中沉默黑洞的耀斑，并探索来自引力波源的X 射线信号。它是专门针对时域天文学设计的X射线天文探测卫星，具有监测视场宽、响应速度快、灵敏度高、空间分辨率高的特点。术语：时域天文学是天文学的一个分支，研究天体随时间的变化和演化。它包括超新星、伽马射线爆发、黑洞合并、引力波等一些极端而神秘的天文现象。时域天文学帮助我们了解宇宙的物理过程，探索黑洞、中子星和恒星等天体的性质和起源。该卫星由中国科学院微小卫星创新研究所研制，欧洲航天局（ESA）、马克斯·普朗克地外物理研究所（MPE）和法国航天局（CNES）参与。

为什么叫“爱因斯坦探测器”？明明观测到X射线却很清楚，为何被称为“爱因斯坦探测卫星”？它和爱因斯坦有什么关系？ X 射线是高能电磁波，通常由高能物理过程在自然界中产生。在地球上生产极其困难，但在宇宙中却有很多。例如，黑洞吞噬周围的物质、双中子星的合并或超新星爆炸。不难看出，X射线伴随着天体上的“暴力事件”或与某些致密天体有关，但通过观察和研究，有望了解其中的机制。他们这一代人的。

黑洞吞噬恒星并产生X 射线的绘画| 马克·加利克/科学图片库

其中最难以捉摸的是所谓的短暂源，它们是出现时间很短然后很快消失的天体。这些通常涉及强烈的能量释放过程，并为研究极端条件下的物理过程提供了宝贵的机会。有许多不同类型的瞬变源，包括超新星、伽马射线爆发、黑洞潮汐恒星撕裂事件、快速射电爆发和引力波源。这些突发可以持续几毫秒到几个月，并且可以作为单次突发或周期性或随机发生的重复突发发生。也许你还记得2017年8月17日发生的宇宙碰撞。当时，引力波观测站LIGO和Virgo首先观测到了引力波信号，此后，全球70多个观测站，包括多台太空望远镜，迅速开始观测并持续跟踪引力波信号。事件。首先观察到的是伽马爆发，随后是可见光、红外光和紫外光，并在第9 天捕获了X 射线源。我们终于成功地确定了两颗中子星碰撞产生的引力波的来源。这一事件也被认为是人类天文学迈向“多信使”时代的里程碑。

2017年8月17日，两颗中子星的碰撞引发了引力波事件。类似的高能物理现象也是爱因斯坦探测器的目标| 用美国宇航局戈达德太空飞行中心/CI 研究所的望远镜探测瞬态源全天监测、捕获信号和其他仪器灵敏度、高时间分辨率和必须利用宽视场及时预警，指导后续观测的实施。 “爱因斯坦探测器”是专门用于探测瞬变源的望远镜。这项研究重点关注的问题包括：黑洞如何吞噬物质？什么力驱动黑洞喷流？什么事件引起引力波？引力波是如何形成的？恒星爆炸成超新星时会经历什么过程？所有这些极端的问题天体和极端事件都与爱因斯坦的广义相对论有关，因此这颗卫星被命名为“爱因斯坦”也不难理解。

什么是“龙虾眼望远镜”？当今常用的X射线望远镜主要有线光学式（准直仪式）和聚光成像式（玻璃式）。例如，中国的硬X射线望远镜（HXMT，即“智慧眼”）就采用了准直器成像系统。该方法比较容易实现，但目标的空间定位精度较低。

“慧眼”卫星高能探测模块| 中国科学院高能物理研究所

NASA 的钱德拉X 射线望远镜采用单视点聚焦成像来改变X 射线光子的传播方向，像光学望远镜一样对它们进行聚焦和成像。改变光路的方法不是像凸透镜那样折射，而是反射。为了实现这一目标，需要制造数十到数百个“套筒”形反射面作为X射线光子的路径，并且由于X射线的波长极短，因此需要减少X射线光子的波动。反射表面减半。有必要将其保持在最低限度。单一原子直径使其难以加工。

钱德拉X射线望远镜掠焦点成像路径示意图|

线性光学X射线望远镜具有更宽的能量范围和更宽的视场，但目标较少并收集来自各个方向的信号。聚焦成像X射线望远镜方向性强，成像精度较高，但视场窄（通常小于1），观测效率低，制造成本高。那么，有没有一种方法能够同时兼顾这两方面，实现宽视场的高精度监控呢？毕竟，如果太空中突然出现X射线源（可能是宇宙中新的极端现象），我们首先需要尽快探测到它。然后可以进行详细的、有针对性的观察。爱因斯坦飞船使用了一种非常特殊的光学技术————龙虾眼，其独特的光学结构使其能够做到这一点。不用说，这也是仿生学的应用。

龙虾的眼睛比较特殊，位于触角的基部，由数千只单眼组成，称为反射复眼，因为它们依靠反射而不是折射来形成图像。每只眼睛都有一个空心的四角锥结构，形成一个极小的方管。管壁光滑，可将入射光反射到视网膜。数千个方形微管沿着球形整齐排列，提供极强的聚光能力，将来自各个方向的光线集中到凸球形视网膜上。对动物眼睛的此类研究引起了天文学家的注意。 1979年，罗杰·安吉尔提出了龙虾眼X射线望远镜，理论上可以用作无限视场的X射线聚焦望远镜。

龙虾眼睛结构聚焦成像原理示意图| 中国科学院微小卫星创新研究院

两架非常罕见的望远镜。作为高度专业化的X射线太空望远镜，爱因斯坦探测器卫星包括宽视场X射线望远镜（WXT）和后续X射线望远镜（FXT）。前者是指大局观，后者是指小局观。

“爱因斯坦飞船”卫星宽视场X射线望远镜（龙虾眼望远镜）|中科院微小卫星创新研究院/水兄弟

宽视场X射线望远镜采用“龙虾眼”技术。共有12台基于微孔光学（MPO）技术的龙虾眼望远镜，每台能够覆盖约300平方度的天空区域。通过连接12 个单元，整个WXT 可以同时聚焦超过3,600 平方度的天空。这相当于整个天空的1/11。它具有宽阔的观察视野、高灵敏度，实现了超过一角分的目标图像精度，使其成为有史以来完美的瞬时X射线观察能力。

宽视场X射线望远镜结构图| 中国科学院微小卫星创新研究院

爱因斯坦探测卫星将在距地面600公里的轨道上运行，轨道倾角约为29度，远离太阳。扫描整个天空只需要几个小时。如果两颗中子星合并、超新星爆炸或黑洞“吃掉”恒星等事件再次发生，这种效率可以更容易地捕获闪烁的X射线。

跟踪X射线望远镜结构示意图| 中国科学院微小卫星创新研究院

跟踪X射线望远镜，顾名思义，用于跟踪观测。它由另外两台望远镜组成，使龙虾眼能够在发现临时光源后三分钟内指向目标，从而使其首次能够以更精确的方式进行观测。

它由中国科学院高能物理研究所牵头，采用中国科学院物理化学研究所、欧洲航天局、Max.联合研制的掠射X射线成像系统。普朗克地外物理研究所。其定位精度达到角秒级，视场达到60角秒，角分辨率达到30角秒。

可见FXT是一台真正的“望远镜”。当WXT发现“可疑目标”时，可以立即锁定并放大。

全自动X射线观测装置“爱因斯坦探测器”的目的是寻找在太空中突然发光的X射线源。没有人知道它们在哪里或何时发生。这种守候兔子的观察方式不仅需要广阔的视野，还需要敏捷的技巧。 “爱因斯坦探测器”配备了一整套自主操作解决方案，成为更好的猎手。

连续两天WXT巡天拼接和亮X射线瞬变源（绿色圆圈代表）的计算机模拟| 中国科学院国家天文台

当WXT发现瞬态X射线源时，卫星上的计算机实时计算其天体位置，并向卫星平台发送指令以执行指向操作。这使得FXT 在3 分钟内能够定位新的突发源。供观察。仅仅依靠自己可能是不够的，所以你需要聘请别人来帮助你。 EP卫星将通过互联网向全球提供突发天文现象的即时预警，并鼓励国内外天文台利用多频段甚至多信使技术联合开展后续观测。为了提高可靠性和实时性，卫星还向地面接收站（VHF频段）传输预警信息。此外，北斗卫星导航系统的短消息功能可用于发送和接收其他项目观测到的意外天文现象。例如，如果LIGO发现引力波事件，可以利用北斗短消息将相关信息上传至EP卫星，引导其快速进行后续X射线观测。这项独特的中国技术将使爱因斯坦飞船变得更加强大，将其变成一个自动化空中观测站。

爱因斯坦探测卫星灵敏度全球最高| 中国科学院国家天文台

爱因斯坦探测器项目引起了国际社会的广泛关注。包括“龙虾眼”光学系统在内的一系列创新技术应用，将彻底改变天文X射线观测领域。爱因斯坦飞船具有巨大的科学潜力，将在高能时域天文学的广泛领域得到应用，我们期待它取得巨大成功。