这颗卫星首批观测图发布，中国龙虾眼相机团队捕捉“宇宙焰火”

随着EP卫星首批在轨观测图像发布，时域天文学将迎来跨越式新发展。

4月27日，由中国科学院牵头实施的爱因斯坦探针卫星任务发布了第一批在轨探测图像。自今年1月9日发射以来，EP卫星在轨已经110天。星上搭载了国际首台宽视场X射线望远镜（WXT）和1台后随X射线望远镜（FXT）。其中，WXT是目前国际上探测灵敏度和空间分辨率最高的大视场X射线望远镜，对发现宇宙中的新天体、新现象和新规律具有里程碑式的意义。

WXT载荷负责人、中国科学院院士、中国科学院上海技术物理研究所研究员孙胜利介绍，“仅载荷研制工程阶段，就历时7年，团队从概念验证开始，将一个个设想逐步变为现实，将不可能变为可能，现在这台望远镜终于‘张开了眼睛’。”

图说：宽视场X射线望远镜（WXT）指向银河系中心的观测图像（X射线数据版权EP科学中心），展示的是宽视场X射线望远镜（WXT）指向银河系中心的观测图像，曝光时间约40000秒。几乎所有明亮的X射线天体都能在图中分辨出来，这些紫色的十字形光斑是由龙虾眼X射线望远镜拍摄成像的，蓝色云雾状结构来自银河系热气体的前景辐射。宽视场X射线望远镜（WXT）有着世界上最大的X射线聚焦成像视场，几乎覆盖了全天的1/11。照片中X射线天体使用紫色画出，底图是由欧洲南方天文台（ESO）提供的数字巡天（DSS）彩色照片（X射线数据版权EP科学中心，DSS巡天数据版权ESO）。

研制“龙虾眼”相机为何这么难

爱因斯坦探针(Einstein Probe，简称EP)卫星是中国科学院空间科学二期先导专项立项并实施的空间科学卫星系列任务之一，由中方主导，欧洲航天局(ESA)、德国马普地外物理研究所(MPE)和法国航天局(CNES)以国际合作形式参与卫星研制。旨在发现和探索宇宙中X射线暂现和爆发天体，并发布预警以引导其他天文设备进行后随跟踪观测。

其中，EP卫星上的WXT由中国科学院上海技术物理研究所与中国科学院国家天文台联合研制，其微孔光学（MPO）关键元件由北方夜视提供。

EP卫星首席科学家助理、国家天文台张臣研究员对第一财经介绍道，在黑洞潮汐瓦解、恒星爆炸、伽马暴等一系列天文事件中，海量的能量瞬间释放，产生了大量X射线光子横扫宇宙，这使得X射线成为观测这些天文事件最好的窗口。由于地球大气对X射线的吸收，直到许多X射线天文卫星被发射进入太空，天文学家才得到重要的观测成果。

既然太空中已经有为数不少的X射线望远镜，为什么我们还需要研制WXT？

孙胜利拿显微镜成像进行了类比，一般的电子显微镜能够看到分子的结构，但它看不清分子的结构是如何变化的。以往的空间望远镜，可以研究天体的状态，却同样无法看清其动态过程。要了解宇宙的演化过程，就需要更深入的观测能力、更广的观测范围，这正是高能时域天文学关注的主要内容。

而在天文观测中，全天球约为40000平方度，在如此巨大的视场下，想要捕捉并观察随机出现、转瞬即逝的“暂现源”，难度可见一斑。因此，只有设计出针对随机性事件观测的设备，才有可能大规模发现和研究这些突发的天文事件。

之所以称EP卫星宽视场X射线望远镜为龙虾眼相机，是因为首次大规模采用微孔龙虾眼X射线成像技术，由12个宽视场X射线光学镜头模块构成，视场约3850平方度，相当于1/11个天区，填补了国际上在软X射线波段大视场全天监测设备的空白。

早在1979年，美国科学家Roger Angel就受龙虾眼全发射成像原理的启发，首次提出了一种仿生的X射线成像光学构型。这个光学系统可以满足大视场、高精度观测的需求，让天文学家们大为振奋，但因为研制难度太大，几十年来大视场“龙虾眼”相机的空间应用始终未能实现。2010年，国家天文台开始探索微孔龙虾眼X射线成像技术研究。

宽视场X射线望远镜（WXT）子模块

图片来源：中国科学院上海技术物理研究所

自主研制“龙虾眼”相机究竟难在哪儿？

WXT载荷主任设计师、上海技物所副研究员孙小进介绍，典型的一片龙虾眼型微孔光学元件（MPO）是由玻璃材质制作而成的球面薄片，上面整齐排列着100多万个比头发丝还细的正方形通道，边长约40微米，壁厚只有8微米，内壁光洁度要达到1纳米以下。除了关键元部件的挑战，没有X射线光学系统装调测试平台是个让人“头疼”的问题。

特别是由于X射线“看不见，摸不着”，且难以进行折射与反射，科研人员在进行WXT集成装调的过程中，无法使用真实的X射线平行光进行调试，这就好比被“蒙上了双眼”。经过多年技术攻关，WXT研制团队实现了“从无到有，从落后到赶超”，该设备所有关键器件均为我国自主研发。

EP宽视场X射线望远镜（WXT）研制团队主要成员在西昌卫星发射基地合影

图片来源：中国科学院上海技术物理研究所

每秒生成25部1G电影

WXT是龙虾眼光学第一次在空间项目中的大规模应用，也是龙虾眼光学第一次投入真正意义上的天文观测研究。

卫星自今年1月发射入轨以来，两台有效载荷宽视场X射线望远镜（WXT）和后随X射线望远镜（FXT）在轨测试和仪器定标期间获取了多组宇宙天体的X射线科学观测数据，已探测到新的暂现源17例、恒星耀发168例，并发布全球电报10余条等。探测到的新暂现源具有不同的起源类型，有潮汐瓦解恒星事件、伽马射线暴、新的磁激变变星、新的X射线双星等，观测结果得到了国际同行的高度认可和关注，为国内外地面和空间望远镜协同观测提供了重要的指引。

而这些成果背后超高精度的“广角相机”所需要处理的数据量也十分惊人。WXT的峰值数据率为25.3G，相当于每秒生成25部1G的电影。如何在有限的处理芯片资源和低功耗环境下，实现望远镜对速率和性能的要求？

在原始数据量过大无法通过星地之间的链路进行传输的背景下，需要先在卫星上进行在轨数据处理，再将有效的信息下传到地面科学运行中心。

WXT载荷软件主管设计师、上海技物所高级工程师薛玉龙对记者介绍，EP卫星是在茫茫宇宙中寻找天文事件，在海量的数据中找到最有效的信息是关键。团队连续三个月，每天工作到凌晨三点，最终将处理后的速率最终降低为5.127Mb，在轨每秒可在150亿个像素中提取约1000个有效像素信息。

X射线观测领域专家、英国莱斯特大学教授Paul O'Brien（保罗·奥布赖恩）和Richard Willingale（理查德·威林格）表示：“几十年来，我们一直在期待一个真正的宽视场软X射线望远镜。这项技术将对X射线天空的监测带来变革性的推动。”

下一阶段，EP卫星将继续按照既定计划开展并完成在轨测试，加强国内外合作和数据开放共享工作，探测宇宙中转瞬即逝的“焰火”。