“天关”卫星

中国科学院研制的空间科学卫星

“天关”卫星（别名：爱因斯坦探针卫星，Einstein Probe，简称EP）是中国科学院主导，欧洲航天局（ESA）、马普地外物理研究所（MPE）和法国国家空间研究中心（CNES）参与研制的空间科学卫星，主要用于观测宇宙中的剧烈爆发现象，捕捉这些转瞬即逝的宇宙“焰火”。

名称由来

爱因斯坦探针

爱因斯坦探针卫星是中国科学院空间科学先导专项研制的一颗空间科学卫星，因主要科学目标涉及黑洞、引力波等爱因斯坦相对论的重要预言，取名为“爱因斯坦探针”。

天关

中国北宋至和元年（公元1054年）司天监观测并记录的“天关客星”超新星爆发（SN1054），是人类历史上最重要的天文事件之一，被世界科技史界称为“中国新星”。其遗骸形成的蟹状星云，是国际天文界广泛引用的《梅西耶星表》中的第一号天体。

2024年4月，在2024年中关村论坛年会上，EP卫星发布了第一批在轨探测图像，蟹状星云的X射线波段“证件照”就在其中。袁为民表示，将EP卫星命名为“天关”，体现了中国在超新星爆发观测记录方面的深厚渊源和对世界天文学的卓越贡献。

研制历程

研制单位

“爱因斯坦探针”卫星工程大总体和地面支撑系统由中国科学院国家空间科学中心负责研制建设，卫星系统由中国科学院微小卫星创新研究院负责抓总研制，科学应用系统由中国科学院国家天文台负责研制建设，测控系统由中国西安卫星测控中心负责实施，运载火箭由中国航天科技集团有限公司第一研究院负责研制生产。“天关”卫星由中国科学院主导，携手欧洲航天局、德国马普地外物理研究所以及法国国家空间研究中心共同打造。

研发历程

2013年11月15日，国家天文台组织召开了国家空间科学先导专项背景型号项目“爱因斯坦探针卫星（Einstein Probe）”的科学论证启动会，暨第一次科学工作组会议。国家天文台领导、国家空间科学中心论证中心领导、来自国内多家天文研究机构和高等院校的高能天体物理与时域天文领域的专家学者、项目组成员共50人出席了会议。

2016年12月1日，中国科学院国家空间科学中心召开新闻发布会透露，中国“十三五”空间科学任务现已全面启动，争取在2020年前后，发射爱因斯坦探针（EP）等多颗科学卫星，实现中国空间科学卫星系列的持续、健康发展。

2018年7月4日，中国科学院在北京怀柔科学城宣布 “空间科学（二期）” 战略性先导科技专项正式启动。在卫星工程中，爱因斯坦探针（EP）将在软X射线波段对宇宙天体开展高灵敏度实时动态巡天监测，有望在发现和探索宇宙中沉寂黑洞的耀发、探寻来自引力波源的X射线信号、发现宇宙中X射线剧变天体等方面取得科学突破。

2022年3月25日，中国科学院国家空间科学中心作为爱因斯坦探针（EP）卫星工程总体，在北京组织召开了卫星初样研制总结暨正样设计评审会。评审委员会同意通过评审，转入正样研制阶段。

2022年8月27日，在第二届中国空间科学大会上，来自中国科学院国家天文台的研究人员发布了EP-WXT探路者的首批在轨实测结果。该设备是爱因斯坦探针(EP)卫星宽视场X射线望远镜(WXT)的一个实验模块，于北京时间2022年7月27日搭载空间新技术试验卫星发射升空。

2022年12月报道，在中科院空间科学先导专项的支持下，国家天文台成功研制出龙虾眼聚焦镜，并由中科院上海技物所集成研制出完整的宽视场X射线望远镜，作为中科院爱因斯坦探针（EP）卫星 WXT载荷的一个实验模块。该设备的关键器件，包括龙虾眼聚焦镜和由大阵列CMOS传感器组成的焦面探测器，均为中国自主研发。这也中国科学家创新性的CMOS应用于空间X射线天文探测，属国际首次。

2023年4月19日，由中国科学院主导，欧洲航天局、德国马普地外物理所和法国航天局共同参与的爱因斯坦探针（EP）卫星科学团队启动会在线上召开，来自中国（包括港台地区）和欧洲6个国家的超过130位科研人员出席了会议。

系统组成

总计设计

爱因斯坦探针（Einstein Probe，简称EP）计划是一台面向未来时域天文学和高能天体物理的小型科学探测卫星，是X射线天文卫星。“爱因斯坦探针”就像一台宽视场的摄像机，通过拍摄天空的X光的电影，来监测天体的活动和爆发。

研制目标

其主要目标是在软X射线（0.5~4keV）波段发现X射线暂现源/剧变源和监测X射线源的变化。为此它具有非常大瞬时视场（60°×60°,约为1球面度即全天立体角的十二分之一），并具有中等空间分辨率（半高全宽约5角分）和一定的光谱分辨率（约20%）。由于其监视器首次采用了先进的、基于MPO龙虾眼技术的X射线聚焦成像光学系统，探测灵敏度和巡天捕获能力Grasp（探测有效面积与视场的乘积）比以往和现有设备高一到两个数量级，为国际领先水平。卫星在每个97分钟的轨道内指向5个反太阳方向的观测天区，每个天区曝光11分钟。每三个轨道可几乎完全覆盖半个天球。大部分天区的观测覆盖次数约在每天5~25次之间。卫星上还搭载一台与大视场监视器能力互补的小视场（约1°×1°）的深度后随观测望远镜，用于对发现的暂现源/剧变源进行深度后随观测。卫星可以发布警报以引导国际上其它空间及地面望远镜进行后随观测。

工作原理

科学家从龙虾眼睛奇特的聚焦成像原理中受到启发，设计出一种特殊的新型X射线望远镜，同时具有超大观测视野和更高的探测灵敏度。爱因斯坦探针卫星采用了龙虾眼望远镜技术，可以对知之甚少的软X射线波段进行大视场、高灵敏度、快速时域巡天监测。

科学目标

爱因斯坦探针卫星的主要科学目标是：

运行历程

2024年1月9日15时03分，中国在西昌卫星发射中心使用长征二号丙运载火箭，成功将爱因斯坦探针卫星发射升空，卫星顺利进入预定轨道，发射任务获得圆满成功。此次任务是长征系列运载火箭的第506次飞行。

2024年4月27日，爱因斯坦探针卫星首批在轨探测图像在京发布，包括银河系中心的观测图像、暂现源图像、蟹状星云观测图像、梅西耶87椭圆星系观测图像等在内的11幅科学图像，展示了宇宙“烟火”。

2024年9月17日上午，中国“爱因斯坦探针”空间X射线天文台，在中秋佳节期间从太空传回月亮的X射线照片，这些图像是由EP卫星上的“风行天”X射线望远镜（FXT）获得的，这也是中国科学家首次用自己研发的空间望远镜观测得到完整月亮的X光图像。

2024年10月31日，爱因斯坦探针（EP）卫星正式在轨交付给中国科学院国家天文台使用，并命名为“天关”卫星。

2024年12月，中国科学院国家天文台、中国科学院高能物理研究所、南京大学、中国科学院紫金山天文台等联合研究团队，通过对“天关”卫星探路者“莱娅”和极目卫星联合获得数据深入分析，揭示了伽马射线暴形成磁陀星的直接证据。

科学成果

首批科学成果

2024年10月31日，天关”卫星首席科学家、中国科学院国家天文台研究员袁为民发布了卫星在轨取得的首批科学成果。袁为民介绍，自2024年1月9日成功发射以来，“天关”卫星以其卓越的X射线探测能力，探测到多种类型的暂现天体，并捕捉到几例可能的新类型暂现源，成功获取了由中国自主研制设备观测到的首张全天X射线天图，标志着X射线时域天文领域进入了新的时代。

在测试和运行的初期阶段，“天关”卫星已经探测到60例确定的暂现天体，上千例暂现天体候选体，以及480多例恒星耀发，探测到上百例已知天体的爆发。

在银河系内，“天关”卫星发现了多个新的暂现源，其中一个可能是新的恒星级黑洞候选体或中子星，被命名为EP240904a。它还发现了位于双星系统中的多个新的中子星和白矮星，并监测到多个已知黑洞、中子星和白矮星双星系统的爆发。

在更远的宇宙中，卫星发现了一例正在发生的中等质量黑洞潮汐瓦解恒星事件EP240222a，实现了中国自主天文观测设备在该领域“零的突破”。

“天关”探测到了约40例来自宇宙深处的快速暂现天体。“天关”探测到最远的天体是来自256亿光年之外的伽马射线暴EP240315a。

2024年4月8日，“天关”发现一例暂现天体EP240408a，并记录了其X射线的一次剧烈爆发。该天体的光谱和时变特征与已知的天体类型均不完全一致，表明它可能属于一种前所未知的暂现天体类别。该成果作为“天关”团队首篇正式发表的科学论文，于北京时间10月30日在《中国科学：物理学力学天文学》期刊在线发表。

除了暂现天体以外，“天关”还观测了其他丰富的天体类型，包括我们所在的太阳系内的月球、木星和土星、宁静状态下的恒星、银河系和近邻星系中的致密天体和超新星遗迹、一直到遥远星系中的超大质量黑洞和相对论性喷流、星系团等等。

2025年1月，“天关”卫星首批科学成果正式发布。自2024年1月9日发射以来，它探测到多种类型的暂现天体，并捕捉到几例可能的新类型暂现源。其卓越的X射线探测能力得益于核心载荷——宽视场X射线望远镜（WXT，中文名为万星瞳），也被称为“龙虾眼”。

2025年1月，我国“天关”卫星（爱因斯坦探针卫星）观测到一例产生于约125亿光年之外的伽马暴EP240315a，这是人类首次探测到宇宙早期爆发现象的软X射线信号，将为开展早期宇宙相关研究开启一扇新窗口。相关成果论文23日在国际学术期刊《自然·天文》在线发表。

2025年2月19日，《天体物理杂志快报》上发表了一项重要成果，“天关”卫星捕捉到罕见的X射线双星系统。这一发现为探索大质量恒星的相互作用与演化开辟了新途径，印证了该卫星在捕捉宇宙中转瞬即逝的新型X射线源方面具有独特能力。这对奇特的天体组合包含一颗质量超过太阳10倍的炽热大恒星，以及一颗质量与太阳相当的致密白矮星。目前科学界仅发现少数此类系统，而此次是科学家首次能够全程追踪这种奇特双星系统从X射线突然爆发到逐渐消退的全过程。这一发现为探索大质量恒星的相互作用与演化开辟了新途径，印证了该卫星在捕捉宇宙中转瞬即逝的新型X射线源方面具有独特能力。该成果作为欧洲航天局首篇基于“天关”卫星数据主导的论文，于北京时间2025年2月19日在《天体物理杂志快报》上正式发布。

社会影响

2025年1月22日，“天关”卫星成功发射并获系列成果入选两院院士评选的2024年中国十大科技进展新闻。

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