成功“抓拍”宇宙！卫星里蕴含嘉定力量

近日，2024中关村论坛年会平行论坛空间科学论坛在京召开，由中国科学院牵头实施的爱因斯坦探针（EP）卫星任务发布第一批在轨探测图像。银河系中心、巨椭圆星系梅西耶87、蟹状星云……这些探测图像的成功捕捉，离不开属地科研院所中国科学院上海技术物理研究所的努力。经过多年技术攻关，WXT研制团队终于实现了“从无到有，从落后到赶超”，该设备全部关键器件均由我国自主研制。

　　爱因斯坦探针卫星示意图

爱因斯坦探针（EP）卫星自2024年1月9日发射以来，在轨已117天，因其主要科学目标涉及黑洞、引力波等爱因斯坦相对论的重要科学预言，故取名为“爱因斯坦探针”。它搭载着国际首台宽视场X射线望远镜（WXT）和1台后随X射线望远镜（FXT）。其中，宽视场X射线望远镜（WXT）由中国科学院上海技术物理研究所与中国科学院国家天文台联合研制，是目前国际上探测灵敏度和空间分辨率最高的大视场X射线望远镜，对发现宇宙中的新天体、新现象和新规律具有里程碑式的意义。

爱因斯坦探针卫星示意图宽视场X射线望远镜（WXT）指向银河系中心的观测图像（来源：EP科学中心）

天文观测中，全天球约为40000平方度，在如此巨大的视场下，想要捕捉并观察随机出现、转瞬即逝的“暂现源”，难度可见一斑。因此，EP卫星WXT首次大规模采用微孔龙虾眼X射线成像技术，由12个宽视场X射线光学镜头模块构成，视场约3850平方度，相当于1/11个天区，填补国际上在软X射线波段大视场全天监测设备的空白。

　　宽视场X射线望远镜（WXT）首次报告的暂现源 （来源：EP科学中心）

区别于太空中已有的为数不少的X射线望远镜，宽视场X射线望远镜拥有更深入的观测能力、更广的观测范围。宽视场X射线望远镜载荷负责人、中国科学院院士、中国科学院上海技术物理研究所研究员孙胜利拿显微镜成像进行了类比：“一般的电子显微镜能够看到分子的结构，但它看不清分子的结构是如何变化的。而以往的空间望远镜可以研究天体的状态，却无法看清其动态过程。”

　　宽视场X射线望远镜（WXT）子模块

据了解，WXT是龙虾眼光学第一次在空间项目中的大规模应用，也是龙虾眼光学第一次投入真正意义上的天文观测研究。自主研制大视场“龙虾眼”相机究竟难在哪儿？WXT载荷主任设计师、上海技物所副研究员孙小进解释道：“典型的一片龙虾眼型微孔光学元件（MPO）是由玻璃材质制作而成的球面薄片，上面整齐排列着100多万个比头发丝还细的正方形通道，边长约40微米，壁厚只有8微米，内壁光洁度要达到1纳米以下。除了关键元部件的挑战，没有X射线光学系统装调测试平台也是个让人‘头疼’的问题。”

　　装调中的龙虾眼光学系统

原来，光学系统在集成过程中，需要模拟载荷的实际工作状态，边装配边调试以保证每个光学部件达到理想精度，才能实现最佳的成像效果。但由于X射线看不见也摸不着，且难以进行折射与反射，在进行WXT集成装调的过程中，无法使用真实的X射线平行光进行调试，这就好比被“蒙上了双眼”。经过多年技术攻关，宽视场X射线望远镜研制团队终于打造出了国际首台高精度X射线“广角摄像机”。

　　EP卫星宽视场X射线望远镜（WXT）研制团队主要成员在西昌卫星发射基地

截至目前，爱因斯坦探针（EP）卫星已获取多组宇宙天体的X射线科学观测数据，包括新的暂现源17例、恒星耀发168例，并发布全球电报10余条，引导国际上包括最大的Keck等多个光学和射电望远镜、空间X射线天文台开展了后随跟踪观测。探测到的新暂现源具有不同的起源类型，有潮汐瓦解恒星事件（TDE）、伽马射线暴、新的磁激变变星、新的X射线双星等，观测结果得到国际认可和关注，为国内外地面和空间望远镜协同观测提供了重要的指引。

随着EP卫星首批在轨观测图像发布，时域天文学将迎来跨越式新发展。下阶段，EP将继续按照既定计划开展并完成在轨测试，加强国内外合作和数据开放共享工作，探测宇宙中转瞬即逝的“焰火”，为高能时域天文观测和研究作出贡献。

徐怡倩