在浩瀚的宇宙舞臺(tái)上，無(wú)數(shù)神秘而壯麗的天文奇觀不斷上演。時(shí)間撥至2025年2月19日，一則重磅消息從《天體物理雜志快報(bào)》中傳來(lái)：我國(guó)的“天關(guān)”衛(wèi)星，在距離地球不遠(yuǎn)的小麥哲倫星系，成功捕捉到了罕見的X射線雙星系統(tǒng)。這對(duì)天體組合由一顆恒星和一顆白矮星組成，科學(xué)家們首次能夠全程追蹤這一奇特雙星系統(tǒng)從X射線突然爆發(fā)到逐漸消退的全過(guò)程，為探索大質(zhì)量恒星的相互作用與演化，提供了第一手資料，也充分印證了“天關(guān)”衛(wèi)星在捕捉宇宙中轉(zhuǎn)瞬即逝的新型X射線源方面，具有獨(dú)特的能力。同時(shí)，“天關(guān)”衛(wèi)星及其獨(dú)特的“龍蝦眼”配置，也迅速成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。

“天關(guān)”出鞘：逐夢(mèng)星河

“天關(guān)”衛(wèi)星，又名愛(ài)因斯坦探針衛(wèi)星，是我國(guó)第一顆面向時(shí)域天文學(xué)的X射線成像天文衛(wèi)星。之所以將其命名為“愛(ài)因斯坦探針”，是因?yàn)樗缲?fù)著探測(cè)黑洞、引力波等愛(ài)因斯坦相對(duì)論中重要預(yù)言天體的任務(wù)，而“天關(guān)”這一富有歷史底蘊(yùn)的名字，則要追溯到中國(guó)北宋至和元年（1054年），當(dāng)時(shí)司天監(jiān)詳盡觀測(cè)記錄了“天關(guān)客星”超新星爆發(fā)，這個(gè)天文學(xué)史上的重要事件，彰顯了中國(guó)在超新星爆發(fā)觀測(cè)領(lǐng)域的深厚積淀，也為此衛(wèi)星賦予了獨(dú)特的文化內(nèi)涵。

“天關(guān)”衛(wèi)星在軌運(yùn)行示意圖（圖片來(lái)源于央視網(wǎng)）

2024年1月9日15時(shí)03分，“天關(guān)”衛(wèi)星在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心，搭乘長(zhǎng)征二號(hào)丙運(yùn)載火箭發(fā)射升空。

自運(yùn)行以來(lái)，“天關(guān)”衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)了多個(gè)新的暫現(xiàn)源（指在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)，然后很快消失的天體）。其中，一個(gè)被命名為EP240904a的天體，極有可能是新的恒星級(jí)黑洞候選體或中子星，這一發(fā)現(xiàn)，為研究銀河系內(nèi)致密天體的形成與演化，提供了寶貴的線索。此外，“天關(guān)”衛(wèi)星還在雙星系統(tǒng)中，發(fā)現(xiàn)了多個(gè)新的中子星和白矮星，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到多個(gè)已知黑洞、中子星和白矮星雙星系統(tǒng)的爆發(fā)，讓我們對(duì)雙星系統(tǒng)的演化過(guò)程，有了更深入的了解。

“天關(guān)”衛(wèi)星觀測(cè)到的來(lái)自宇宙早期伽馬射線暴EP240315a（圖片來(lái)源于央視網(wǎng)）

對(duì)更為遙遠(yuǎn)的宇宙深處的探測(cè)，“天關(guān)”衛(wèi)星同樣表現(xiàn)卓越。它成功發(fā)現(xiàn)了一例正在發(fā)生的中等質(zhì)量黑洞潮汐瓦解恒星事件EP240222a，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)自主天文觀測(cè)設(shè)備在該領(lǐng)域零的突破，填補(bǔ)了我國(guó)在這一領(lǐng)域的空白。2025年1月，“天關(guān)”衛(wèi)星再次取得重大突破，觀測(cè)到一例產(chǎn)生于約125億光年之外的伽馬暴EP240315a，這是人類首次探測(cè)到宇宙早期爆發(fā)現(xiàn)象的軟X射線信號(hào)，為我們打開了一扇研究早期宇宙的新窗口，讓我們有機(jī)會(huì)窺探宇宙誕生初期的奧秘。

“龍蝦眼”：科技與自然的神奇結(jié)晶

“天關(guān)”衛(wèi)星之所以能在宇宙探索中取得如此輝煌的成就，其核心載荷——寬視場(chǎng)X射線望遠(yuǎn)鏡，也就是“龍蝦眼”望遠(yuǎn)鏡，發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。

“龍蝦眼”望遠(yuǎn)鏡的研發(fā)靈感，源自生物學(xué)家對(duì)龍蝦眼睛結(jié)構(gòu)的奇妙發(fā)現(xiàn)。龍蝦的眼睛構(gòu)造獨(dú)特，由許多方孔形的微型管道組成，這些管道壁光滑無(wú)比，且都精確地指向同一球心。這一巧妙的設(shè)計(jì)，使得來(lái)自不同方向的光線，在小方孔內(nèi)經(jīng)過(guò)反射后，能夠精準(zhǔn)地匯聚到龍蝦的視網(wǎng)膜上，讓龍蝦在復(fù)雜的海洋環(huán)境中，擁有出色的視覺(jué)能力。1979年，美國(guó)科學(xué)家從龍蝦眼睛的獨(dú)特構(gòu)造中獲得啟發(fā)，提出了模擬龍蝦眼制造望遠(yuǎn)鏡的設(shè)想，試圖讓X射線通過(guò)反射聚焦成像。然而，由于這一技術(shù)涉及眾多復(fù)雜的難題，在提出后的很長(zhǎng)一段時(shí)間里，都僅僅停留在理論階段，未能實(shí)現(xiàn)實(shí)質(zhì)性的突破。

2009年，在中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員張臣的帶領(lǐng)下，我國(guó)正式開啟了“龍蝦眼”望遠(yuǎn)鏡的研制征程。在研究初期，我國(guó)在這一領(lǐng)域幾乎沒(méi)有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可供借鑒，技術(shù)類文獻(xiàn)中對(duì)于關(guān)鍵技術(shù)細(xì)節(jié)的描述也十分有限。研發(fā)團(tuán)隊(duì)猶如在黑暗中摸索前行，每一步都充滿了艱辛與挑戰(zhàn)，需要在短短一年內(nèi)，完成“龍蝦眼”望遠(yuǎn)鏡12個(gè)鏡頭從生產(chǎn)、組裝到測(cè)試的全部工作。鏡片作為望遠(yuǎn)鏡的核心組件，其制造工藝的好壞，直接影響著望遠(yuǎn)鏡的性能。經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次的試驗(yàn)與改進(jìn)，成功攻克了成像光斑不圓等技術(shù)難題，為望遠(yuǎn)鏡的高質(zhì)量制造，奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

“天關(guān)”衛(wèi)星物理模型（圖片來(lái)源于央視網(wǎng)）

由于“龍蝦眼”望遠(yuǎn)鏡的鏡片極其柔軟，輕輕觸碰就可能導(dǎo)致變形，而鏡頭裝配對(duì)精度的要求極高，垂直方向上鏡片間的誤差必須控制在一微米以內(nèi)，同時(shí)還要確保鏡片在火箭發(fā)射時(shí)的強(qiáng)烈震動(dòng)下，依然能夠保持穩(wěn)固。為了解決鏡片變形問(wèn)題，張臣團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地對(duì)每個(gè)部分采用不同的膠接策略，大大提高了工藝驗(yàn)證效率。此外，團(tuán)隊(duì)還搭建了一整套自動(dòng)化裝調(diào)設(shè)備，通過(guò)特殊設(shè)計(jì)的夾具和精密機(jī)械手進(jìn)行裝配，確保鏡片的穩(wěn)定性和精度。

與常規(guī)的X射線聚焦望遠(yuǎn)鏡相比，“龍蝦眼”望遠(yuǎn)鏡具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，它的視場(chǎng)可達(dá)到約1.5萬(wàn)個(gè)月亮那么大，相當(dāng)于全天面積（指以觀測(cè)者為中心，以任意長(zhǎng)為半徑的一個(gè)假想球體的總面積。）的1/12。這使得“龍蝦眼”望遠(yuǎn)鏡在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了大視場(chǎng)全天監(jiān)測(cè)和X射線聚焦成像的完美結(jié)合，能夠高效地監(jiān)測(cè)天體的X射線變化，為科學(xué)家們提供更為全面、準(zhǔn)確的宇宙信息。

時(shí)域天文學(xué)：探索動(dòng)態(tài)宇宙的新征程

時(shí)域天文學(xué)，作為天體物理學(xué)領(lǐng)域的新興前沿學(xué)科，它專注于研究天體的暫現(xiàn)和爆發(fā)現(xiàn)象，試圖揭開宇宙在時(shí)間維度上的秘密。暫現(xiàn)源和劇烈爆發(fā)天體，作為時(shí)域天文學(xué)的主要研究對(duì)象，充滿了神秘色彩。暫現(xiàn)源如同宇宙中的過(guò)客，在短時(shí)間內(nèi)突然出現(xiàn)，然后迅速消失；劇烈爆發(fā)天體則像是宇宙中的煙火，在瞬間釋放出巨大的能量，亮度呈數(shù)量級(jí)式增長(zhǎng)。

由于這類突發(fā)性事件在時(shí)間和空間上都具有極強(qiáng)的隨機(jī)性，難以預(yù)測(cè)，因此，若要及時(shí)捕獲它們的信號(hào)，就需要配備大視場(chǎng)的望遠(yuǎn)鏡，進(jìn)行高頻率的全天監(jiān)測(cè)。目前在軌運(yùn)行的X射線大視場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備，如美國(guó)宇航局的Swift/BAT和日本宇航局搭載在國(guó)際空間站上的MAXI全天X射線監(jiān)視器，主要工作在中等和硬X射線波段，在軟X射線波段，一直缺乏有效的全天監(jiān)測(cè)設(shè)備。而“天關(guān)”衛(wèi)星的“龍蝦眼”望遠(yuǎn)鏡，恰好填補(bǔ)了這一空白，為探索軟X射線波段的暫現(xiàn)源和劇烈爆發(fā)天體，提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持，推動(dòng)了時(shí)域天文學(xué)的快速發(fā)展。

宇宙未來(lái)，探索不止

展望未來(lái)，“天關(guān)”衛(wèi)星有望在探索系外天體、黑洞、引力問(wèn)題等方面，取得更多突破性的成果。通過(guò)捕捉黑洞偶爾產(chǎn)生的X射線暫現(xiàn)信號(hào)，它能夠發(fā)現(xiàn)和探測(cè)幾乎所有尺度上的沉寂黑洞，進(jìn)一步探究黑洞在宇宙中的分布規(guī)律和普遍存在性。與國(guó)際上第二代引力波探測(cè)設(shè)備相配合，“天關(guān)”衛(wèi)星還有可能探測(cè)引力波爆發(fā)源的電磁波對(duì)應(yīng)體，并對(duì)其進(jìn)行精確定位，從而證認(rèn)引力波暴的天體物理起源，深入理解其產(chǎn)生的物理過(guò)程，揭示強(qiáng)引力場(chǎng)極端物理?xiàng)l件下的奧秘。

部分信息來(lái)源于央視網(wǎng)、光明網(wǎng)、科普中國(guó)、中國(guó)新聞網(wǎng)、新華網(wǎng)等

（科學(xué)性審核：李良，中國(guó)空間學(xué)會(huì)科普與教育委員會(huì)委員）

責(zé)任編輯：劉海華