4月27日，由中國科學院主導實施的愛因斯坦探針衛星發布了第一批在軌探測影像。
愛因斯坦探針衛星被譽為宇宙天體爆發的「捕手」。其搭載的寬視野X射線望遠鏡，視野超過3600平方度，在國際上首次大規模運用「龍蝦眼」微孔陣列聚焦成像技術，探測能力國際領先，可實現靈敏度和空間分辨率1至2個數量級提升，能精準捕捉宇宙中遙遠暗弱的暫現源和轉瞬即逝的未知現象，並可發布預警引導其他天文設備進行後隨觀測。
浩瀚宇宙中，遙遠暗弱的暫現源和未知現象好比「宇宙焰火」。為了捕捉這些轉瞬即逝的"宇宙焰火"，科學家是如何從龍蝦的複眼受到啟發？解放日報·上觀新聞記者採訪了寬視野X射線望遠鏡的聯合開發團隊－中國科學院上海技術物理研究所與中國科學院國家天文台。
【暫現源在時間和空間上都無法預測】
"晝見如太白，芒角四出，色赤白"，早在《宋史·天文志》中就有記載，1054年7月4日突然出現一顆"天關客星"。直到20世紀早期，天文學家終於認定這是一場超新星爆發，而其爆炸形成的壯麗星雲，即被譽為「高能量宇宙中的燈塔」的蟹狀星雲。
後隨X射線望遠鏡對蟹狀星雲的觀測影像（X射線資料版權EP科學中心）
每一次暫現源的發現與觀測都蘊藏著發現未知的可能。在望遠鏡發明以前，人類對於此類暫現源的記錄可謂寥寥無幾。然而即使在望遠鏡發明以後，由於暫現源在時間和空間上都不可預測，只有針對其隨機性設計的設備，才有可能大規模發現和研究這些突然出現的天文事件。
在這些事件裡，海量的能量在一瞬間（相對宇宙年齡來說）釋放，會產生大量X射線，這也使得X射線成為觀測暫現源最好的窗口。
近幾十年，尚在運行的X射線衛星中，大視場望遠鏡一直是發現暫現源的重中之重，例如美國的雨燕衛星、日本的全天X射線監視器，但它們的探測能力已逼近物理極限。
【大視野和聚焦成像本是一個矛盾】
「暫現源發生率一般較低，因此需要監測更大的宇宙範圍，從而可以看到更多天體，發現更多稀有暫現源。」寬視場X射線望遠鏡光學系統負責人、國家天文台研究員張臣介紹，寬視野X射線望遠鏡的視場超過3600平方度，覆蓋了天區的十一分之一，是目前世界上擁有最大視場的X射線望遠鏡，「如果說以往的相機相當於'油車'，我們這個最大視場相機相當於'新能源車'，有著數量級的代際差異。
寬視野X射線望遠鏡模組裝調
「有了寬大的視野還不夠，還需在大視野中看到目標的精細結構。」中國科學院院士、寬視場X射線望遠鏡載荷負責人、上海技術物理研究所研究員孫勝利說，這本身就是一個矛盾，屬於複雜性科學，最終透過聯合研製團隊的不懈努力，實現了大視野中的聚焦成像。
這顆科學衛星之所以命名為愛因斯坦探針，因為其科學目標主要是驗證愛因斯坦的廣義相對論，除了發現宇宙中的X射線暫現天體，探索宇宙中沉寂的黑洞、恆星耀發、探尋來自重力波源的X射線對應體等，同樣都離不開兼具大視野和高靈敏度的巡天望遠鏡。
【把一個個設想變成可能】
龍蝦有著反射式複眼，每個單眼可以將入射進來的光反射出去，即使在光線較暗的水中，也有較強的聚光能力。
借鑒龍蝦眼的獨特構造，寬視野X射線望遠鏡由12個望遠鏡模組組成，定位精度小於1角分。每個龍蝦眼的鏡片上有近100萬個細孔，每個細孔比頭髮絲還要細，而這樣的鏡片就有432個。這也是國際上首次實現微孔龍蝦眼X光聚焦成像技術的大規模空間應用。
裝調中的龍蝦眼光系統
「這台望遠鏡在7年前僅僅只有概念和設想，確實非常富有挑戰。如今作為國際上首個且唯一的寬視場X射線望遠鏡，相比在軌工作的其他X射線望遠鏡，視場提升好幾個數量級，靈敏度高出一個數量級，有可能為時域天文學研究帶來突破性進展。
「我們還面臨了業界前所未有的速率挑戰，探測器產生的數據量相當於每秒產生25部1G的電影，將如此海量的數據直接傳輸到地面是不現實的，我們透過極其複雜的星上預處理演算法，將原始資料壓縮了幾萬倍。
最緊張的時候，這支平均年齡35歲以下的團隊，連續三個月每天從清晨奮戰到凌晨3點，還要做到「零差錯」。 48片探測器、每片有600多條鍵合線，60塊電路板、每塊有323個焊盤，一次次檢查，一次次記錄留存，來不得半點疏忽。
「這些年經過的艱難險阻還歷歷在目，整個團隊最大的收穫是以後不管面對多大困難都不會害怕。」孫勝利說。
題圖來源：EP衛星開發團隊圖片來源：除註明出處的圖片，其他由受訪者提供
來源：作者：黃海華
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