我国年底将发射“爱因斯坦探针”，填补国际空白！有多厉害？

提到爱因斯坦，大家肯定都有熟悉，这不是大名鼎鼎的科学家嘛！他在狭义相对论、广义相对论以及量子力学等方面，都做出了杰出贡献，为现代物理学的发展奠定了坚实的基础。而如果向你提起“爱因斯坦探针”，想必知道的人并不多，这个物体并非是爱因斯坦研制的，而是由我国科学家研制的、专门用于验证爱因斯坦某个物理学理论的仪器。

其实，“爱因斯坦探针”并不是一个针状的物体，而是对一个卫星的称谓。它是中科院战略性先导科技专项空间科学二期部署的重点空间科学卫星之一，主要的任务是用来探测和研究引力波和高能射线的，而在此之前，世界上还没有哪个国家研制出这个东东来。按照中科院的计划，今年年底，“爱因斯坦探针”就将发射升空，届时我国将成为全球首次发射时域天文观测和高能天体物理研究的国家！

早在1895年，德国物理学家伦琴就发现了X射线，这种射线属于电磁波谱上的一个组成部分，波长很短，但具有很强的能量和穿透性，能穿透很多不透明的物体，长时间照射会对人体造成损伤。

后来，科学家们又通过系列实验，证实了太阳和宇宙空间中，无时无刻不在向地球发射这种射线，X射线天文学这一全新领域的学科，逐渐形成和发展。不过，由于地球的大气层对X射线具有很强的吸收性，因此，专门对宇宙X射线源的观测，只能在大气层之外来开展。

那些发射到地球轨道上的X射线天文望远镜应运而生，比较有代表性的有日本X射线望远镜ASTRO-H、美国NASA钱德拉X射线卫星等。几十年来，这些望远镜结构越来越复杂、尺寸越来越大、观测精度越来越高，通过X射线观测所发现的宇宙天体也越来越多。

众多X射线望远镜的发射升空，使科学家们对X射线的研究，从传统的单个宇宙天体的图像和能谱性质研究，不断向众多天体随时间演化的方向转变，从而形成了以主要观测和研究那些短时间出现、剧烈爆发天体的“时域天文学”这门天文学分支。

除了上面提到的几架专门用于X射线观测的天文望远镜外，在其他一些地球轨道上的观测设备上，也配备了相应仪器，比如在国际空间站上的日本MAXI全天X射线监视器、美国NASA雨燕卫星上的BAT爆发警报望远镜等等。既然现在国际上有那么多X射线空间观测设备，我国为什么还要研制“爱因斯坦探针”？为什么我国的这个仪器属于世界首创呢？

这里就不得不说一下以上观测设备或者仪器的“短板”了。大家知道，在宇宙中能够发生短时间、剧烈爆发的天体现象，主要来源于两种过程，一个是天体自身的突然变化，比如黑洞与黑洞、黑洞与中子星、中子星与中子星的碰撞融合或者大质量恒星的剧烈坍缩。

另一个是天体周围极端的宇宙环境，比如黑洞或者中子星周围超强的引力场和磁场。要想准确地观测到这些天体以及极端环境，就必须能及时、全面地捕获这些信号，因此天文望远镜就必须拥有足够宽大的视场。

而此前相关国家发射的X射线观测设备，普遍接收到的X射线波段都处在短波和中波X射线段，即能量较高的波段，而对低能量波段的X射线观测普遍无能为力。造成这个问题的主要原因，就在于观测的视场和灵敏度两个参数之间，似乎存在着“不可调和”的矛盾，想要宽视场，灵敏度就跟不上，而且视场越宽，设备的重量和造价成本就越高；而想要高灵敏度和高分辨率，那么观测的视场往往就小，很难进行全天候的观测。

在这样的背景下，我国科学家另辟蹊径，取得了重大突破。以中国科学院国家天文台研究团队，从2013年开始就开始实施了“爱因斯坦探针”卫星研究计划。在这个卫星上，携带着采用仿生龙虾眼的聚焦光学系统设计的软X射线波段的宽视场监视器，具有3600平方度的大视场，探测能段为0.5–4keV，既满足高灵敏度，也满足宽视场的全天候观测需求。此外，在“探针”卫星上还携带着一台窄视场的X射线望远镜，可以在锁定观测目标后，进行更加深入地精细观测。

因此，在年底前这一卫星发射升空后，可以在能量较低的软X射线波段开展大视场时域巡天监测，届时可以发现很多原因不明、类型不知的X射线爆发现象，这对于深入探索和研究宇宙中黑洞和中子星的爆发、引力波源释放X射线以及更暗、更远、更稀有天体等都具有重要意义，无疑填补了国际上在该波段的大视场全天监测设备的空白。向中国科学家们致敬！也期待“爱因斯坦探针”能为我们带来更大、更多的惊喜！