新型伽馬射線望遠鏡升空將研究黑洞暗物質

2008年6月11日，美國新一代伽馬射線天文衛星——“伽馬射線大面積空間望遠鏡”（GLAST）在美國卡納維拉爾角航天發射場發射升空。該望遠鏡不僅擁有極其廣闊的觀測視野，而且是全球最靈敏的伽馬射線衛星，其觀測靈敏度比現有的其它伽馬射線衛星至少強30倍，能幫助科學家們獲取有關宇宙進化、黑洞物質噴發和暗物質微粒碰撞的有關信息。

高靈敏的巡天眼

伽馬射線大面積空間望遠鏡高2.8米，直徑2.5米，發射質量4277千克，運行時功率僅有160瓦，運行在高560千米、傾角為28.5°、周期為95分鐘的圓形軌道。這一軌道與“雨燕”衛星類似，可以盡量避開帶電粒子的影響。它升空后先進行2個月的測試與調整，然后正式開始探測工作。

伽馬射線大面積空間望遠鏡主要由大面積望遠鏡（LAT）和伽馬射線暴監測器（GBM）組成，此外，還有反符合屏蔽層和數據處理系統等。該望遠鏡具有五大特點：一是探測范圍廣。可探測從30MeV到300GeV的能量范圍，其中10GeV～100GeV之間的能量區域迄今未被觀測過，這一區域中可能隱藏著一些線索，能夠幫助科學家揭開諸如暗物質成分之類的宇宙謎團。二是能精確定位。當一次伽馬射線暴發生后，它在幾秒鐘的時間里就能夠確定伽馬射線暴的位置，并把相關信息發送給地面科學家。三是視場大。其視場大于2sr，巡天工作時，只需兩個軌道周期就可以掃過整個天空。四是抗干擾能力強。可排除99.97%宇宙射線產生的信號，捕捉到低能伽馬射線。五是具有較高的靈敏度。能在短的時間間隔內測量伽馬射線暴，伽馬射線暴能在幾分之一秒的時間內噴泄出大量伽馬射線。

伽馬射線大面積空間望遠鏡采用電子對成像技術：入射的伽馬射線通過帶電粒子反符合屏蔽層，屏蔽掉99.97%的“雜音”，接著，它與鎢箔片探測器相互作用，轉化為正負電子對，然后，這些電子對進入由19對硅片構成的粒子跟蹤探測器，以記錄下每個電子的入射方向，最后，正負電子對進入熱量計以測量它們所產生的熱量，從而確定正負電子對的能量，即伽馬射線源的能量。

肩負神圣使命

伽馬射線大面積空間望遠鏡設計壽命5年，目標壽命10年。伽馬射線大面積空間望遠鏡接收伽馬射線的有效面積大，而且儀器的視場大、可測量的能譜寬和靈敏度高。它將觀測宇宙中各種奇異的天體和劇烈的天體現象，如：伽馬射線暴、黑洞、類星體、脈沖星、太陽耀斑等，還將進行高能巡天觀測，以繼續早年康普頓伽馬射線空間望遠鏡的工作，為康普頓伽馬射線空間望遠鏡發現的伽馬射線源進行重新定位，更好地揭示其本質。

在工作生涯中，它將探測大約5000個不同距離的活動星系核，以搞清楚星系核的頻譜特征、形成和演變過程。它將探索宇宙間最極端的太空環境；搜尋新物理學規律存在的跡象，以及神秘暗物質的組成成分；了解黑洞是如何將物質的巨大噴射加速到近乎光速；揭開伽馬射線爆發能量驚人之謎；解答有關太陽耀斑、脈沖星和宇宙射線起源等問題。

伽馬射線大面積空間望遠鏡項目由美國航宇局和美國能源部共同負責。部分專家對從未參與過天文研究的美國能源部參與該項目懷有特別的疑問，稱從事核能研究才是美國能源部的本行。本次美國航宇局與美國能源部聯合開發伽馬射線大面積空間望遠鏡將打開美國天體物理學家和核物理學家共同開展一些研究項目的新局面。分析人士認為，這兩家機構聯手打造此新型望遠鏡是各有所圖的：天體物理學家們希望借助伽馬射線大面積空間望遠鏡之力來獲取有關宇宙進化的重要信息，而核物理學家們則希望用該望遠鏡來探尋可能會改變某些物理學基本定律的信號。

全球征集芳名

2008年2月，美國航宇局開始在全世界范圍內為伽馬射線大面積空間望遠鏡征名，任何人都可以通過網站直接將名稱發送到美國航宇局的名稱審核機構，以便在該望遠鏡9月投入使用前給它一個正式的名字。

美國航宇局官員艾倫-斯特恩說：“我們希望收到一些好的命名建議，能夠準確抓住伽馬射線大面積空間望遠鏡任務的特點，喚起人們對伽馬射線和高能天文學的關注。我們希望有人能為它取一個瑯瑯上口又好記的名字，這個名字將頻繁地掛在人們的嘴邊，成為大家茶余飯后的話題。”

有人建議就用其縮寫首字母G來命名，也有人建議用已故科學家的名字來為該望遠鏡命名，但是前提是其名未被用于命名其它美國航宇局的太空任務。命名參與者需要提交一份長約25或以下單詞數的說明，解釋其命名原由。有意者可以通過以下網站將名稱發送給美國航宇局:glast.sonoma.edu/glastname。

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伽馬射線與伽馬射線暴

伽馬射線是電磁波譜中波長最短、能量最高的一種射線，波長短于0.1埃，能量通常可達上百萬電子伏特。這種射線是從原子核中發出的光子，一般在宇宙中最熱的區域產生，也能在超新星爆發等猛烈的事件中產生，還可以在核蛻變以及空間放射性物質衰變過程中產生。伽馬射線通常來自宇宙中的雙星、脈沖星和黑洞等高密度天體。

伽馬射線暴是伽馬射線在短時間內突然增強的現象。γ射線暴的“亮度”相當于全天所有γ射線源“亮度”的總和，爆發釋放的能量超過太陽1年所釋放能量的1000億倍。科學家在研究三葉蟲化石后認為，伽馬射線暴可能是幾億年前導致地球上極大多數生物滅絕的原因。

伽馬射線暴可以分為長、短伽馬射線暴兩種截然不同的類型。常見的長伽馬射線暴持續2秒到幾分鐘不等，已經被解釋清楚了，是恒星坍縮形成黑洞時產生的；短伽馬射線暴通常會在一個強烈的高能輻射脈沖中，釋放出相當于十億顆太陽的能量，這種脈沖最多持續2秒鐘，因此，天文學家們幾乎沒有機會進行后續觀測，研究短伽馬射線暴的本質。

伽馬射線衛星的三大探測方法

為了避開地表臭氧層對伽馬射線的屏蔽作用，在空間進行伽馬射線探測，1972年，美國發射了世界上首顆專門用于觀測伽馬射線的天文衛星。隨后，一些國家開始陸續發射伽馬射線天文衛星，歐洲宇宙線觀測衛星-B、美國高能天文學觀測臺-3、美國康普頓伽馬射線空間望遠鏡、美國高能瞬變衛星-2、歐洲國際伽馬射線天體物理學實驗室、美國雨燕衛星等伽馬射線天文衛星先后升空，并取得顯著成就。

伽馬射線通過物質時，不像一般的帶電粒子那樣使物質的原子直接電離或激發，很難聚焦到探測器，但它可以與原子核或核外電子發生電磁相互作用，從而引起3種效應：光電效應、康普頓效應和電子對效應。由于這3種效應會產生次級電子，捕捉這些次級電子的電離和激發，可間接地探測到伽馬射線。目前，對伽馬射線進行成像探測的儀器有旋轉調制準直器、康普頓散射望遠鏡和電子對望遠鏡3種，它們代表了三種探測伽馬射線的方法。