愛因斯坦探測器：由中科院主導的創新X射線「龍蝦眼」任務即將發射
愛因斯坦探測器由中科院、歐空局和MPE聯合研製，將於2024年發射，這項任務配備了新一代高靈敏度、寬視角的X射線儀器，將對天空進行巡天觀測，尋找來自中子星和黑洞等神秘天體的強大X射線光爆。愛因斯坦探測器是由中科院牽頭，與歐洲太空總署（ESA）和德國馬克斯-普朗克地外物理研究所（MPE）共同合作完成的。
愛因斯坦探測器藝術家印象。愛因斯坦探測器將於2024年1月發射升空，目的是探測天空中中子星和黑洞等天體發出的X射線。資料來源：中國科學院
歐空局將獲得愛因斯坦偵測器觀測所產生資料的10%，作為對此任務的發展及其科學目標定義的回報。
“愛因斯坦探測器的創新設計使其能夠一目了然地監測大片天空。透過這種方式，我們可以發現許多新的來源，同時研究來自已知天體的X 射線光在長時間內的行為，”歐空局愛因斯坦探測器計畫科學家Erik Kuulkers 說。”宇宙是我們研究高能量過程的唯一實驗室。像愛因斯坦探測器這樣的任務對於推進我們對這些過程的理解和進一步了解高能物理的基本方面至關重要。”
愛因斯坦探測器將用X射線研究宇宙。這項任務配備了新一代X 射線儀器，具有高靈敏度和非常寬的視野，將對天空進行勘測，尋找來自中子星和黑洞等神秘天體的強大X 射線光爆炸。資料來源：歐空局
與夜晚點綴我們天空、可靠地標示星座的恆星不同，大多數閃耀著X 射線的宇宙天體都非常易變。它們不斷地變亮和變暗，在許多情況下，它們會短暫地出現，然後又長時間地消失（這類天體被稱為瞬變天體）或永遠消失。
在動盪的宇宙事件的推動下，來自天文源的X 射線光非常難以預測。然而，它卻蘊含著宇宙中一些最神秘的天體和現象的基本訊息。X 射線與中子星之間的碰撞、超新星爆炸、物質墜落到黑洞或超密恆星上，或從環繞這些奇異神秘天體的熾熱物質盤中噴出的高能量粒子有關。
愛因斯坦探測器將透過發現新的來源和監測滿天閃耀著X 射線的天體的可變性，增進我們對這些宇宙事件的了解。
例行發現新X 射線源的能力對於推進我們對重力波起源的理解至關重要。當兩個超高密度的大質量天體（如兩個中子星或黑洞）發生碰撞時，它們會在時空結構中產生波，這些波會穿越宇宙距離到達我們身邊。目前，地球上的一些探測器能夠記錄這種訊號，但往往無法找到訊號源。如果涉及中子星，這種”宇宙碰撞”會伴隨著巨大的能量爆發，波及整個光譜，尤其是X 射線。愛因斯坦探測器使科學家能夠及時研究這些短暫的事件，從而幫助我們確定在地球上觀測到的許多重力波脈衝的來源。
在這張2023 年11 月的照片中，中國科學院（CAS）的工程師團隊正在位於中國西南部西昌的衛星發射中心完成愛因斯坦探測器太空船的建造。在這一階段之後，太陽能電池板被安裝到服務艙結構的兩個相對面。完工的愛因斯坦探測器寬約3 米，高約3.4 米，重約1450 公斤。圖片來源：中國科學院
太空中的龍蝦眼
為了實現所有科學目標，愛因斯坦探測器配備了新一代高靈敏度、能夠觀測大面積天空的儀器：寬視野X射線望遠鏡（WXT）和後續X射線望遠鏡（FXT）。
WXT 採用模仿龍蝦眼睛的光學模組化設計，並使用創新的微孔光學技術。這使得該儀器能夠一次觀測3600 平方度（接近天球的十分之一）。由於這種獨特的能力，愛因斯坦探測器可以在圍繞地球運行的三個軌道上（每個軌道耗時96 分鐘）監視幾乎整個夜空。
這張圖片顯示的是龍蝦眼睛的顯微鏡視圖。龍蝦的眼睛由排列在球體上的平行微觀方孔組成，可將光線反射到球形中心。受龍蝦眼睛的啟發，天文學家開始利用類似的光學原理開發望遠鏡。這些望遠鏡使用方形管將光線引向探測器。愛因斯坦探測器和SMILE 等新型望遠鏡就採用了這種光學技術。資料來源：J.
WXT 發現的新的X 射線源或其他有趣的事件會被更敏感的FXT 盯住並進行詳細研究。最重要的是，太空船還將向地面發射警報訊號，以觸發地球上和太空中其他波長（從電電到伽馬射線）的望遠鏡。它們將迅速指向新來源，收集珍貴的多波長數據，從而對這一事件進行更深入的研究。
歐空局在開發愛因斯坦探測器的科學儀器方面發揮了重要作用。它為測試和校準X 射線偵測器和WXT 光學系統提供了支援。歐空局與MPE 和Media Lario（義大利）合作開發了FXT 兩台望遠鏡之一的鏡子組件。
在這張拍攝於2023 年5 月的照片中，中國科學院高能物理研究所的工程師團隊正在為愛因斯坦探測器任務完成後續X 射線望遠鏡（FXT）的建造工作。如圖所示，FXT 由兩台X 光望遠鏡組成。每個單元的光學系統都採用了經典的Wolter-I 設計，其反射鏡組件基於最初為歐空局XMM-Newton 開發的技術。資料來源：中國科學院
FXT 鏡組件是基於歐空局XMM-Newton 任務和eROSITA X 射線望遠鏡的設計和技術。MPE 為FXT 的另一台望遠鏡提供了反射鏡組件，並為FXT 的兩個單元開發了一個偵測器模組。歐空局也提供了將不需要的電子偏離偵測器的系統（電子分流器）。
在整個飛行任務期間，歐空局的地面站將協助從太空船下載資料。
歐空局在推動高能天文學方面有著悠久的歷史。二十多年來，XMM-牛頓和Integral一直在用X射線和伽馬射線仔細觀察宇宙，在這一領域取得了巨大進步。歐空局也參與了日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）與美國國家航空暨太空總署（NASA）合作領導的X射線成像和光譜任務（XRISM），該任務將於2023年夏季啟動。
“愛因斯坦探測器的能力與其他任務對單一宇宙源的深入研究是高度互補的，」艾瑞克說。這個X射線探測器也是歐空局”新雅典娜”（New Athena）任務的理想先驅，該任務目前正在研究之中，將成為有史以來最大的X射線觀測站。”
編譯來源：ScitechDaily