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來源：互聯(lián)網(wǎng)

“天關(guān)”衛(wèi)星，又名愛因斯坦探針（阿爾伯特·愛因斯坦 Probe，簡稱EP），是一顆于2024年發(fā)射的X射線天文衛(wèi)星，可以幫助搜尋和精確定位引力波源，發(fā)現(xiàn)宇宙中更遙遠(yuǎn)、更暗弱的天體和轉(zhuǎn)瞬即逝的神秘現(xiàn)象，是中國第一顆大視場、面向時(shí)域天文學(xué)的X射線成像天文衛(wèi)星。

“天關(guān)”衛(wèi)星由一臺(tái)全天監(jiān)視器型寬視場 X 射線望遠(yuǎn)鏡（WXT）和一臺(tái)后隨觀測的窄視場 X 射線望遠(yuǎn)鏡（FXT）組成，其中 FXT 用于暫現(xiàn)源和爆發(fā)源的后隨觀測及機(jī)遇目標(biāo)觀測。該衛(wèi)星是中國科學(xué)院空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)二期繼“太極二號(hào)”“懷柔二號(hào)”“夸父二號(hào)”之后，研制的又一顆空間科學(xué)衛(wèi)星，歐洲航天局、德國馬普地外物理研究所和法國航天局共同參與了衛(wèi)星項(xiàng)目。

2024年1月9日，中國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心使用長征二號(hào)系列運(yùn)載火箭丙運(yùn)載火箭，成功將愛因斯坦探針衛(wèi)星發(fā)射升空，衛(wèi)星順利進(jìn)入預(yù)定軌道。10月31日，愛因斯坦探針衛(wèi)星在軌交付，并命名為“天關(guān)”衛(wèi)星。同日，衛(wèi)星首席科學(xué)家、中國科學(xué)院國家天文臺(tái)研究員袁為民發(fā)布了衛(wèi)星在軌取得的首批科學(xué)成果。

名稱由來

愛因斯坦探針

愛因斯坦探針衛(wèi)星是中國科學(xué)院空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)研制的一顆空間科學(xué)衛(wèi)星，因主要科學(xué)目標(biāo)涉及黑洞、引力波等愛因斯坦相對(duì)論的重要預(yù)言，取名為“愛因斯坦探針”。

天關(guān)

中國北宋至和元年（公元1054年）司天監(jiān)觀測并記錄的“天關(guān)客星”超新星爆發(fā)（SN 1054），是人類歷史上最重要的天文事件之一，被世界科技史界稱為“中國新星”。其遺骸形成的蟹狀星云，是國際天文界廣泛引用的《梅西耶星表》中的第一號(hào)天體。

2024年4月，在2024年中關(guān)村論壇年會(huì)上，EP衛(wèi)星發(fā)布了第一批在軌探測圖像，蟹狀星云的X射線波段“證件照”就在其中。袁為民表示，將EP衛(wèi)星命名為“天關(guān)”，體現(xiàn)了中國在超新星爆發(fā)觀測記錄方面的深厚淵源和對(duì)世界天文學(xué)的卓越貢獻(xiàn)。

歷史沿革

研制單位

愛因斯坦探針衛(wèi)星工程大總體和地面支撐系統(tǒng)由中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心負(fù)責(zé)研制建設(shè)，衛(wèi)星系統(tǒng)由中國科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院負(fù)責(zé)抓總研制，科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)由中國科學(xué)院國家天文臺(tái)負(fù)責(zé)研制建設(shè)，測控系統(tǒng)由中國西安衛(wèi)星測控中心負(fù)責(zé)實(shí)施，運(yùn)載火箭由中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院負(fù)責(zé)研制生產(chǎn)。

研究進(jìn)程

2013年，中國科學(xué)院提出了愛因斯坦探針衛(wèi)星計(jì)劃。

2016年12月1日，中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心召開新聞發(fā)布會(huì)透露，繼暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空”、實(shí)踐十號(hào)返回式科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星、量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”發(fā)射升空并取得初步科學(xué)成果后，“十三五”空間科學(xué)任務(wù)現(xiàn)已全面啟動(dòng)，爭取在2020年前后，發(fā)射愛因斯坦探針等多顆衛(wèi)星。

2017年12月29日，中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)空間科學(xué)（二期）部署的空間科學(xué)衛(wèi)星之一的愛因斯坦探針衛(wèi)星經(jīng)中國科學(xué)院批準(zhǔn)立項(xiàng)。

2018年7月4日，中國科學(xué)院在北京懷柔科學(xué)城宣布 “空間科學(xué)（二期）” 戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)正式啟動(dòng)。

2022年3月25日，中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心在北京組織召開了愛因斯坦探針衛(wèi)星初樣研制總結(jié)暨正樣設(shè)計(jì)評(píng)審會(huì)，評(píng)審委員會(huì)同意通過評(píng)審，轉(zhuǎn)入正樣研制階段。

2023年1月，第35屆全國空間探測學(xué)術(shù)研討會(huì)上，愛因斯坦探針衛(wèi)星首席科學(xué)家、中國科學(xué)院國家天文研究員袁為民介紹愛因斯坦探針項(xiàng)目已進(jìn)入正樣的最后研制階段，計(jì)劃于2023年底發(fā)射愛因斯坦探針。有望捕捉超新星爆發(fā)出的第一縷光，幫助搜尋和精確定位引力波源，發(fā)現(xiàn)宇宙中更遙遠(yuǎn)、更暗弱的天體和轉(zhuǎn)瞬即逝的神秘現(xiàn)象。

發(fā)射升空

2024年1月9日，中國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心使用長征二號(hào)系列運(yùn)載火箭丙運(yùn)載火箭，成功將愛因斯坦探針衛(wèi)星發(fā)射升空，衛(wèi)星順利進(jìn)入預(yù)定軌道。10月31日，愛因斯坦探針衛(wèi)星在軌交付，并正式命名為“天關(guān)”衛(wèi)星。

研究原因

研究目的

快速暫現(xiàn)源產(chǎn)生于天體演化以及致密天體形成和演化的關(guān)鍵階段，其中的一些物理本質(zhì)和過程仍不清楚，它們是宇宙學(xué)、星系研究的探針，也是探索極端條件下物理規(guī)律的實(shí)驗(yàn)室，為此，發(fā)現(xiàn)暫現(xiàn)源等現(xiàn)象有助于宇宙的探索。而X射線是暫現(xiàn)源探測的重要波段，因?yàn)?a href="/hebeideji/7893440430145174678.html">宇宙中很多壯觀和神奇的暫現(xiàn)源和爆發(fā)源都是在短時(shí)間內(nèi)可以輻射巨大的能量，在X射線波動(dòng)呈現(xiàn)復(fù)雜的亮度變化，如正在吞噬恒星的黑洞，恒星死亡時(shí)綻放的燦爛“煙火”。而龍蝦眼望遠(yuǎn)鏡是中國研究的新型X射線望遠(yuǎn)鏡，可以觀測到宇宙中軟X射線輻射的天體，而愛因斯坦探針衛(wèi)星就采用了龍蝦眼望遠(yuǎn)鏡技術(shù)，它靈敏度相對(duì)較高，可以探測的目標(biāo)廣泛，可以對(duì)目前知之甚少的軟X射線波段進(jìn)行大視場、高靈敏度、快速時(shí)域巡天監(jiān)測，有助于發(fā)現(xiàn)宇宙中的更多的暫現(xiàn)源和爆發(fā)源。

科學(xué)目標(biāo)

愛因斯坦探針的科學(xué)核心目標(biāo)：（1）探索宇宙中X射線暫現(xiàn)和劇變天體，監(jiān)測已知天體的活動(dòng)特性，并研究相關(guān)行為的性質(zhì)及物理機(jī)制；（2）搜尋宇宙中沉寂的黑洞耀發(fā)現(xiàn)象，繪制黑洞的分布，進(jìn)一步對(duì)其起源、演化及吸積過程進(jìn)行研究和解釋；（3）探尋產(chǎn)生引力波事件的致密天體及其合并過程的認(rèn)知。

工作任務(wù)

愛因斯坦探針衛(wèi)星探測到宇宙中的暫現(xiàn)源和爆發(fā)源，將實(shí)時(shí)發(fā)布預(yù)警來觸發(fā)其他地面或空間天文設(shè)備，有望在多波段實(shí)現(xiàn)暫現(xiàn)源和爆發(fā)源從極早期開始的完整監(jiān)測，從而對(duì)暫現(xiàn)源和爆發(fā)源的物理過程等做出全面研究及解釋。

研究項(xiàng)目

2018年7月4日，中國科學(xué)院在北京懷柔科學(xué)城宣布“空間科學(xué)（二期）”戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)正式啟動(dòng)，在衛(wèi)星工程中，愛因斯坦探針將在軟X射線波段對(duì)宇宙天體開展高靈敏度實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)巡天監(jiān)測，有望在發(fā)現(xiàn)和探索宇宙中沉寂黑洞的耀發(fā)、探尋來自引力波源的X射線信號(hào)、發(fā)現(xiàn)宇宙中X射線劇變天體等方面取得科學(xué)突破。

2022年8月27日，在第二屆中國空間科學(xué)大會(huì)上，來自中國科學(xué)院國家天文臺(tái)的研究人員發(fā)布了EP-WXT探路者的首批在軌實(shí)測結(jié)果。該設(shè)備是愛因斯坦探針(EP)衛(wèi)星寬視場X射線望遠(yuǎn)鏡(WXT)的一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K，于北京時(shí)間2022年7月27日搭載空間新技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星發(fā)射升空。

2022年12月報(bào)道，在中科院空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)的支持下，國家天文臺(tái)成功研制出龍蝦眼聚焦鏡，并由中科院中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所集成研制出完整的寬視場X射線望遠(yuǎn)鏡，作為中科院愛因斯坦探針（EP）衛(wèi)星 WXT載荷的一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K。該設(shè)備的關(guān)鍵器件，包括龍蝦眼聚焦鏡和由大陣列CMOS傳感器組成的焦面探測器，均為中國自主研發(fā)。這也中國科學(xué)家創(chuàng)新性的CMOS應(yīng)用于空間X射線天文探測，屬國際首次。

由中國科學(xué)院主導(dǎo)，歐洲航天局、德國馬普地外物理所和法國航天局共同參與的愛因斯坦探針（EP）衛(wèi)星已完成中歐聯(lián)合科學(xué)團(tuán)隊(duì)正式成員的組建。4月19日，EP衛(wèi)星科學(xué)團(tuán)隊(duì)啟動(dòng)會(huì)在線上召開，來自中國（包括港臺(tái)地區(qū)）和歐洲6個(gè)國家的超過130位科研人員出席了會(huì)議。

科研成果

2024年4月8日，“天關(guān)”衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)一例暫現(xiàn)天體EP240408a，并記錄了其X射線的一次劇烈爆發(fā)。此次爆發(fā)的亮度增強(qiáng)了300倍，持續(xù)了僅12秒。該暫現(xiàn)天體的光譜和光變性質(zhì)與迄今所觀測到的任何一類已知天體均不完全相符，在豐富研究者對(duì)宇宙中的暫現(xiàn)源族群和極端物理過程認(rèn)知方面具有重要意義。相關(guān)研究成果于北京時(shí)間10月30日在《中國科學(xué)：物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué)》期刊在線發(fā)表，這是研究團(tuán)隊(duì)首篇正式發(fā)表的科學(xué)論文。4月27日，愛因斯坦探針衛(wèi)星首批在軌探測圖像在京發(fā)布，包括銀心的觀測圖像、暫現(xiàn)源圖像、蟹狀星云觀測圖像、梅西耶87橢圓星系觀測圖像等在內(nèi)的11幅科學(xué)圖像，展示了宇宙“煙火”。

2024年9月17日，愛因斯坦探針（EP）空間X射線天文臺(tái)，從太空傳回月亮的X射線照片，可以觀察到在X光波段里不一樣的月亮，這些圖像是由EP衛(wèi)星上的“風(fēng)行天”X射線望遠(yuǎn)鏡（FXT）獲得的，這也是中國科學(xué)家首次用自己研發(fā)的空間望遠(yuǎn)鏡觀測得到完整月亮的X光圖像。

2024年10月31日，在中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心舉行的愛因斯坦探針衛(wèi)星（“天關(guān)”衛(wèi)星）在軌交付儀式暨成果發(fā)布會(huì)上，衛(wèi)星首席科學(xué)家、中國科學(xué)院國家天文臺(tái)研究員袁為民發(fā)布了衛(wèi)星在軌取得的首批科學(xué)成果。自2024年1月9日成功發(fā)射以來，“天關(guān)”衛(wèi)星成功獲取了由中國自主研制設(shè)備觀測到的首張全天X射線天圖，標(biāo)志著X射線時(shí)域天文領(lǐng)域進(jìn)入了新的時(shí)代。

在測試和運(yùn)行的初期階段，“天關(guān)”衛(wèi)星已成功探測到60例確定的暫現(xiàn)天體，上千例暫現(xiàn)天體候選體，以及480多例恒星耀發(fā)，探測到上百例已知天體的爆發(fā)，向國際天文界發(fā)送了100多條天文警報(bào)，引導(dǎo)了國際上地面和空間多波段設(shè)備的后隨觀測。“天關(guān)”衛(wèi)星所探測到的X射線暫現(xiàn)天體種類豐富，涉及了恒星、伴星、中子星、各種質(zhì)量類型的黑洞、伽馬射線暴、超新星等，輻射持續(xù)時(shí)長覆蓋了從幾十秒到幾個(gè)月，跨越了6個(gè)數(shù)量級(jí)。“天關(guān)”探測到最遠(yuǎn)的天體是來自256億光年之外的伽馬射線暴EP240315a。這一發(fā)現(xiàn)表明了衛(wèi)星探測來自遙遠(yuǎn)的早期宇宙伽瑪暴的能力，也為進(jìn)一步理解恒星塌縮產(chǎn)生黑洞及相對(duì)論性噴流的物理過程提供了新的視角。

2025年2月，“天關(guān)”衛(wèi)星研究取得新進(jìn)展，捕捉到罕見的X射線雙星系統(tǒng)。這對(duì)奇特的天體組合包含一顆質(zhì)量超過太陽10倍的熾熱大恒星，以及一顆質(zhì)量與太陽相當(dāng)?shù)闹旅?a href="/hebeideji/7282946964190675000.html">白矮星。科學(xué)界僅發(fā)現(xiàn)少數(shù)此類系統(tǒng)，而此次是科學(xué)家首次能夠全程追蹤這種奇特雙星系統(tǒng)從X射線突然爆發(fā)到逐漸消退的全過程。7月2日，搭載于“天關(guān)”衛(wèi)星上的寬視場X射線望遠(yuǎn)鏡WXT（昵稱“萬星瞳”）在例行中國空間站工程巡天望遠(yuǎn)鏡觀測中，發(fā)現(xiàn)一例突然出現(xiàn)的，存在劇烈光變的暫現(xiàn)源。這個(gè)被編號(hào)為EP250702a（亦因其γ射線耀發(fā)被稱為GRB 970508 250702B）的事件，其亮度變化、輻射節(jié)奏與光譜特征均與以往任何已知的爆發(fā)顯著不同。2026年，在《科學(xué)通報(bào)》的封面文章中，科研團(tuán)隊(duì)提出一個(gè)突破性解釋：這很可能是一個(gè)中等質(zhì)量黑洞撕裂并吞噬一顆伴星的過程。這也是人類首次捕捉到如此極端的黑洞“進(jìn)食”現(xiàn)場。

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