据香港知名国际媒体《南华早报》消息称，2024年1月9日，中国在西昌卫星发射中心成功发射了一颗新一代的X射线天文探测器，名为“爱因斯坦探针”（Einstein Probe）。
该项目由中国研究人员牵头，欧洲航天局和德国马克斯普朗克地外物理研究所打辅助。
“爱因斯坦探针”的任务是监测夜空中的X射线闪光，揭示宇宙中一些极端物理现象的奥秘，比如中子星碰撞、黑洞吞噬恒星等。
这次发射是中国在太空科学领域的又一重大突破，也是国际合作的一个典范。
这颗探测器将使用创新的“龙虾眼”技术，让我们能够以前所未有的方式观测宇宙的X射线。
那么，什么是“龙虾眼”技术？为什么它对于X射线天文学如此重要？
这颗探测器将如何帮助我们理解宇宙的高能物理？让我们一起来探索一下。
X射线的奥秘
X射线是当物质被加热到数百万度时产生的。它们通常在一些极端的物理条件下发出，比如非常强的磁场或引力，或者宇宙爆炸。
X射线可以揭示宇宙中一些最神秘和最激烈的现象，比如：
黑洞：黑洞是一种引力如此强大，以至于连光都无法逃逸的天体。当黑洞吞噬周围的物质时，会产生高温的X射线辐射。通过观测这些X射线，我们可以了解黑洞的质量、自转和电荷等性质，以及黑洞与周围环境的相互作用。
中子星：中子星是一种由坍缩的恒星核心形成的超致密天体，它的密度如此之高，以至于一个茶匙的物质就有数亿吨的重量。中子星的表面温度可以达到数百万度，发出强烈的X射线。中子星也有极强的磁场，可以产生强烈的电磁辐射，称为脉冲星。当两个中子星相互碰撞时，会释放巨大的能量，形成一种叫做短伽马射线暴的现象，同时也会产生重元素，比如金和铂等。
超新星：超新星是一种恒星在其生命的最后阶段发生的剧烈爆炸，它可以在短时间内释放出比太阳一生发出的能量还要多的能量。超新星的爆炸会产生大量的X射线，同时也会形成黑洞或中子星。超新星是宇宙中最强大的爆炸之一，它们对于恒星演化、星系形成和宇宙化学等领域都有重要的影响。
然而，观测X射线是有挑战的。许多X射线源并不是永久的，它们似乎在天空中出现一段时间，然后就消失了，很难被发现。
X射线也容易被地球的大气层吸收，所以科学家必须把望远镜发射到轨道上。这些望远镜需要特殊的镜子来反射和收集X射线，因为它们具有很强的穿透力。
“龙虾眼”技术的创新
自从20世纪60年代以来，已经有50多颗望远镜被送入太空，用来研究宇宙的X射线。
大多数都是用来精确测量特定的源，但是由于视野的限制，它们看不到其他的东西。一些可以快速扫描天空的望远镜，但是只能看到最亮的源。
1980年，亚利桑那大学的罗杰·安吉尔（Roger Angel）提出了一种新颖的X射线望远镜的设计，让望远镜既有宽视场又有不错的分辨率。
安吉尔的灵感来自于甲壳类动物，比如龙虾和虾，它们为了在水下的模糊环境中生存，发展出了独特的眼睛结构。
一个龙虾的眼睛由许多微小的正方形管组成，都指向同一个球形的中心。这种结构使得来自各个方向的光线在管内反射，汇聚到视网膜上，给龙虾一个无限的视野。
安吉尔的想法长期以来一直是一个艰巨的工程挑战，直到近年来，微加工技术成熟，一种叫做微孔光学的技术才成为可能。
“爱因斯坦探针”上的宽视场X射线望远镜由12个模块组成，每个模块包含了3000多万个正方形的微孔。每个孔的边长是40微米，内部涂有一层超薄的铱，以增加反射率。
孔的表面必须非常平整和光滑，容许的误差不超过1纳米，根据袁卫民的说法。他的团队花了十年的时间来开发这些龙虾眼般的模块。
由于这种设计，“爱因斯坦探针”可以在任何时候观测到超过1万个满月大小的天空区域。
相比之下，现有的大型X射线望远镜，比如美国国家航空航天局的钱德拉X射线天文台，一次只能拍摄到一个满月大小的天区。
这意味着，“爱因斯坦探针”可以在绕地球三圈，也就是不到五个小时的时间里，观测到几乎整个夜空。
在2022年12月，一个名为“龙虾眼天文成像仪”的技术验证任务被发射，测试了“爱因斯坦探针”的关键技术。
“爱因斯坦探针”的科学目标
“爱因斯坦探针”的主要科学目标是：
全天X射线巡天：探测器将利用宽视场X射线望远镜对整个夜空进行系统的X射线巡天，发现和分类各种类型的X射线源，包括恒星、星系、星团、活动星系核、伽马射线暴、超新星遗迹等。探测器将建立一个全新的X射线源目录，为后续的深入研究提供丰富的数据。
X射线瞬变源的探测和跟踪：探测器将利用宽视场X射线望远镜和随动X射线望远镜联合工作，对夜空中出现的X射线瞬变源进行快速的探测和跟踪。这些瞬变源包括黑洞和中子星的吞噬事件、中子星的相互碰撞、恒星的爆发和耀变等。探测器将揭示这些事件的物理机制和演化过程，以及它们对宇宙的影响。
引力波事件的电磁对应体的搜索：探测器将与地面的引力波探测器如LIGO和VIRGO等协同工作，对引力波事件的电磁对应体进行搜索和观测。这些电磁对应体是由引力波事件引起的电磁辐射，比如中子星的合并产生的短伽马射线暴和光学红外暂现源等。探测器将为引力波天文学提供重要的信息和证据。
“爱因斯坦探针”的国际合作
“爱因斯坦探针”是由中国科学院牵头的项目，欧洲空间局（ESA）和德国马克斯·普朗克外层空间物理研究所（MPE）也参与了仪器的研制。
这是中国在太空科学领域的一次重要的国际合作，也是对人类探索宇宙的共同贡献。
ESA为探测器提供了仪器的测试和校准的支持，以及地面站的使用。
MPE为探测器提供了随动X射线望远镜的探测器和电子学部分。
双方还将与中国共享数据和发表论文。
“爱因斯坦探针”是中国和欧洲在X射线天文学领域的第一次合作，也是继“慧眼”暗物质探测卫星之后，中国在太空科学领域的又一次国际合作。
“爱因斯坦探针”是一颗创新的X射线天文探测器，它将使用“龙虾眼”技术，为我们打开一个全新的X射线宇宙的视角。
它将帮助我们探索宇宙中一些最神秘和最激烈的现象，比如黑洞、中子星和超新星等，增进我们对宇宙的高能物理的理解。
“爱因斯坦探针”也是一次成功的国际合作，它展示了中国在太空科学领域的进步和开放，也体现了人类对于探索宇宙的共同愿望和努力。
让我们期待“爱因斯坦探针”能够给我们带来更多的惊喜和发现，让我们更加了解这个美丽而神奇的宇宙。