天关卫星成功发射！探索宇宙中的天体爆发

2024年1月，我国在西昌卫星发射中心采用长征二号丙运载火箭，将“天关”卫星（又名爱因斯坦探针卫星）发射升空，被两院院士评选为2024年中国十大科技进展新闻。科普中国采访到了天关卫星首席科学家袁为民研究员，以下为采访实录：

1. 天关卫星为什么原本叫爱因斯坦探针？

那我先说一下我们这个卫星是来干什么的，然后你就知道为什么叫这个名字。

我们的卫星之前叫做爱因斯坦探针（EinsteinProbe）。它是一个在X射线波段观测宇宙、捕捉宇宙中突然出现又很快消失的一类天体或现象的卫星。这类天体和现象，在天文学上叫做暂现天体、暂现源或天体的爆发。

因为这类天体产生于宇宙中非常极端和致密的天体环境，比如黑洞、中子星等，这些都是爱因斯坦广义相对论所预言的。

我们还有一个科学目标是希望能够捕捉到与引力波成协的电磁辐射，而引力波也是爱因斯坦相对论预言的现象。因此，在提出卫星项目时，我们把它叫做“爱因斯坦探针”——“探针”意指用来探索未知的工具。

去年，卫星完成了在轨测试和标定，正式交付给科学团队。因为这是中科院的卫星，而中科院的卫星系列有一个传统，即用比较中国化的名称来命名。“爱因斯坦探针”虽然是一个国际化且非常好的名字，我们也非常喜欢，但它比较长。对于中国的工作而言，大家可能更喜欢一个更具中国特色、更中国化的卫星名称。

为此，我们发起了一个为卫星征集中国名称的活动（其实在发射之前就征集了）。我们从大家推荐的几百个名称中，最终选定了“天关”。为什么叫“天关”呢？它的意义非常好。

我们知道，爱因斯坦探针卫星是用来探测宇宙中剧烈爆发的天体，其中一类就是超新星（大家可能听说过）。超新星在人类历史上，几千年前就有记载和观测。最著名的是在中国宋代，公元1054年，北宋天文学家观测到一次非常剧烈、著名的超新星爆发。这颗超新星被命名为“天关客星”。

“客星”意指它并非经常出现在天空，不像恒星或行星那样固定可见。它是偶发出现，过段时间又消失，如同“客人”来访，所以称为“客星”。

1054年的超新星爆发发生在古代中国星座体系中的“天关”星官附近，因此古代天文学家将其命名为“天关客星”。

这颗天关客星非常有名。在近一千年后的今天，我们仍能看到它的遗迹——著名的蟹状星云。许多望远镜在各个电磁波段（如可见光）都拍摄到了它壮观的图像，而我们的卫星则研究它的X射线辐射。

天关客星这颗超新星对现代超新星理论研究做出了巨大贡献，也证明了中国古代天文学家对世界天文学的卓越贡献。李约瑟在其对中国古代科技的评价中就持此观点。

因此，我们将卫星命名为“天关”。一方面是为了铭记中国古代天文学家对世界天文学的这一开创性贡献；另一方面也是为了激励当代和未来的年轻科学家，继续发扬探索宇宙的精神，为人类认知宇宙做出更多贡献。这就是我们将卫星改名为“天关”的原因，它极具中国特色。

2. 天关卫星是在什么波段下工作的？

我们工作在X射线波段。为什么选择X射线？因为X射线波段是探索宇宙剧烈活动的最佳窗口之一。X射线光子的能量比可见光光子高几千倍，因此它产生于宇宙中最极端、最活跃的天体附近，源于非常极端的物理过程。

X射线能够揭示可见光无法看到的剧烈或极端的物理过程和环境，例如发生在黑洞、中子星、白矮星附近的过程（可见光对此无能为力）。因此，在X射线波段探测动态宇宙是一个极佳的窗口。

与其他波段相比，X射线能让我们看到更靠近极端天体核心区域的过程。例如，对于黑洞，X射线产生于更靠近黑洞视界的区域，而可见光可能产生于相对较远的区域。并且，有些天体仅在X射线波段辐射，因为它们的能量很高，并非所有天体在所有波段都有辐射。

因此，在不同的辐射波段，我们获取的物理信息是不同的。不同的天体或现象，其温度或物理过程各异，导致它们辐射的峰值波段也不同：有些集中在可见光、红外或紫外波段；另一些则主要辐射X射线。

所以应当说，X射线和其他波段的辐射探测都非常重要。不同的波段探测到的是不同的天体、现象或物理过程。只有将不同观测能段（观测窗口）的数据结合起来，我们才能对一个天体的本质或其附近的物理过程有更全面和准确的认识。它们是相辅相成、缺一不可的。

3. 通过观测宇宙中的X射线，科学家带来了哪些有趣的发现？

大家可能都听说过黑洞，对吧？

黑洞最初只是理论上的猜测。而最早能证明宇宙中确实存在黑洞或其候选体的证据，正是来自X射线观测。通过X射线观测，天文学家发现宇宙中某些位置存在辐射极强的X射线源，而在其他波段辐射却非常微弱。例如，最著名的“天鹅座X-1”就是上世纪60年代最早被提出的黑洞候选体。

4. 黑洞既会产生引力波也会有X射线，这两者会存在时间先后顺序吗？

引力波是时空的涟漪（如同水波），它携带了大量物理信息。X射线则是电磁波的一种，它所携带的物理信息与引力波在很大程度上是互补的。

因此，要全面了解一个引力波事件（例如它源于何种天体的并合），就需要将引力波和电磁波（如X射线）的数据结合起来分析。而且，一旦能将引力波和电磁波数据结合，就能将其作为一种新的工具或探针，用于研究宇宙的其他奥秘。

很难简单地说哪个更详细或哪个先到达。根据目前的理解，它们的产生是基本同时的，传播速度也都是光速。如果电磁波也能到达并被探测到，那么我们对它们的探测在时间上应该也是接近同时的（考虑到距离和信号强度等因素）。

本文为科普中国·创作培育计划扶持作品

受访人：袁为民

审核：苟利军 中国科学院国家天文台 研究员

出品：中国科协科普部

监制：中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司