1月9日下午，台灣民眾收到關於「衛星／missile」的國家級警報，引發廣泛議論。衛星的身份很快就揭曉，是X射線天文觀測的衛星「愛因斯坦探針」（Einstein Probe），這是由中國科學院（CAS）、歐洲太空總署（ESA）和德國馬克斯．普朗克地外物理研究所（MPE）合作執行的計畫。
究竟這個衛星是要做什麼呢？我們來為大家簡單解析。
為何發射衛星到太空中觀測X射線？
我們先來談談，為何天文學家要發射衛星到太空中觀測X射線。我們肉眼看得見的光線稱為「可見光」，然而在可見光之外，電磁頻譜中還有無線電波、紅外光、紫外光、X射線、伽瑪射線等眾多波段的光線。經由多波段的天文觀測，我們可以窺探可見光看不到的宇宙。
舉例來說，西元1054年的一起超新星爆發事件，在宇宙中留下了稱為「蟹狀星雲」的殘骸。如圖二，左圖是哈伯太空望遠鏡的可見光影像，右圖是錢德拉太空望遠鏡拍攝的X射線影像，兩者樣貌截然不同。原因在於，蟹狀星雲中心有一顆中子星，它帶有的高能粒子與磁場，會產生高能量的X射線。天文學家利用X射線望遠鏡，才能夠察覺到宇宙中這些高能量的天文現象。
然而，地球大氣層會阻擋X射線通過，所以X射線天文觀測幾乎無法在地面進行。最早的X射線天文觀測，是利用火箭搭載偵測器，飛到空中短暫觀測。1962年，美國AS&E的火箭升空，發現第一個太陽系外的X射線源——天蠍座X-1。此後，隨著天文觀測與太空科技的進展，學者陸續發現太陽系外許多X射線源。
近期，各國有不少X射線天文觀測的衛星陸續升空。2023年9月，日本與美國合作的X射線成像和光譜任務（XRISM）順利升空。2024年1月1日，印度的XPoSat也順利升空。2024年1月9日，則是意外受到台灣民眾矚目的愛因斯坦探針發射升空。
愛因斯坦探針預計觀測什麼？
愛因斯坦探針的主要科學目標，是觀測具有動態變化的X射線天體。X射線的宇宙並不是靜態的，而是有許多瞬變天體（transients），我們甚至可以從X射線看到一些劇烈的爆炸事件。這些變化的時間尺度，短則小於一秒，長則數年。
其中一種可產生動態變化X射線的天體，就是神秘的黑洞。一般來說，每個星系的中央都有一個超大質量黑洞，不過有些比較活躍，另外一些則比較寂靜。比較寂靜的黑洞，即使平常沒有大量吸食氣體，偶爾仍會吞食路過的恆星。當恆星接近黑洞的時候，會被黑洞扯碎，稱為「潮汐瓦解事件」（tidal disruption event；簡稱TDE），放出紫外光和X射線。愛因斯坦探針期盼能觀測這類事件，從而了解黑洞的特性。
另一項目標，是偵測早期宇宙的伽瑪射線爆（gamma-ray burst；簡稱GRB）。伽瑪射線爆是宇宙中劇烈的爆炸事件，愛因斯坦探針有望探索宇宙第一代恆星如何爆炸，以及如何成為黑洞。
超新星的震波爆發（shock breakout）也是愛因斯坦探針的觀測目標。大質量恆星爆炸成為超新星的過程中，起初電磁輻射會被封鎖在星球內部，直到「震波爆發」這個階段，紫外光和X射線終於釋放出來。震波爆發是我們可觀測到來自超新星最早的光，有助於揭露超新星的許多重要特性。
近年來，重力波天文學開始起步，而重力波事件所對應的電磁波，是了解重力波來源的重要線索。「中子星－黑洞」合併或「中子星－中子星」合併造成的重力波事件，理論上可能有X射線餘暉（X-ray afterglow）伴隨而來。愛因斯坦探針預計配合重力波觀測，探究重力波事件相對應的X射線。
龍蝦眼微孔光學突破視野限制
以上觀測目標大多是突發的天文事件，我們不知道會發生在宇宙中何處，因此愛因斯坦探針的望遠鏡需要寬廣的視野，以及快速掃瞄的能力。
視野是傳統X射線望遠鏡的一大侷限。由於X射線可以打穿金屬，只有幾乎平行鏡面的入射光可以反射，所以無法如可見光觀測那樣使用圓盤狀的鏡面。傳統的X射線觀測使用沃特望遠鏡（Wolter telescope），使用圓筒狀的鏡子（如圖五），將幾乎平行鏡面的入射光，收集到偵測器中聚焦。這種望遠鏡只能接收幾乎來自同一方向的光線，所以視野有很大的侷限。
愛因斯坦探針使用的技術稱為龍蝦眼微孔光學（lobster eye micro-pore optics ），仿造龍蝦眼睛的原理，讓入射的X光先打到眾多方形微孔，分別經過反射以後，來到偵測器成像。這樣的儀器可以偵測來自各種不同角度的光線，突破了視野的限制。愛因斯坦探針的廣域X射線望遠鏡（Wide-field X-ray Telescope；簡稱WXT），視野可以高達3600平方度。
除了廣角的望遠鏡之外，愛因斯坦探針還擁有一組傳統的沃特式望遠鏡，目的是在找到了有趣的突發天文事件後，可以聚焦追蹤，進行高解析度的觀測。這兩組望遠鏡搭配之下，可以有效觀測動態變化的X射線天文事件。
在這個太空科技蓬勃發展的時代，我們頭頂上經常都有衛星飛過。藉由這起新聞事件，我們向大家介紹了X射線天文觀測用的衛星，各位讀者可以多多認識天文與太空的最新進展！