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(天宮二號)“天宮二號”上的“小蜜蜂”將探尋宇宙中最猛烈的爆炸
2016年09月18日 08:52:20 作者:喻菲 來源:新華社 字號 打印 關閉

一枚外觀像盒方形蛋糕,而被科學家昵稱為“小蜜蜂”的探測器將“趴”在“天宮二號”的頂部,用它複雜的“眼睛”尋找宇宙中最閃耀的爆炸——伽馬射線暴,幫助人類理解這激烈又短暫的瞬間燦爛是如何產生的。

    “小蜜蜂”的大名叫天極,英文名POLAR,學名是伽馬暴偏振探測儀。它將對宇宙伽馬暴和太陽耀斑高能輻射進行高靈敏度偏振觀測,有望開闢伽馬射線天文探測的新窗口。

    (小標題)靈敏的“小蜜蜂”

    伽馬暴偏振探測儀是中國科學院高能物理研究所牽頭,瑞士日內瓦大學、瑞士保羅謝爾研究所、波蘭核物理研究所參加的國際合作項目,將通過測量伽馬暴或太陽耀斑的偏振等特性,為更好的理解宇宙中極端天體物理環境下最劇烈的爆發現象產生的機制做出重要貢獻。

    中國科學院粒子天體物理重點實驗室主任、“天宮二號”伽馬暴偏振探測首席科學家張雙南說,“小蜜蜂”的重點是探測伽馬射線暴的偏振。“我現在很激動,我們希望能夠第一次精確探測到伽馬射線暴偏振資訊,希望通過這個儀器能夠把伽馬射線暴產生的過程看得更清楚。我們另外一個重要任務就是研究引力波產生的時候,是否有伽馬射線暴。這樣我們就可以知道產生引力波的事件究竟是怎麼回事。這個研究很有趣。”

    他說:“這個約30公斤重的探測器可以被稱為望遠鏡,但它跟一般的望遠鏡不一樣,有很多敏感的元件用來探測偏振,類似於蜜蜂和蜻蜓等昆蟲的複眼,所以我們給它起名叫‘小蜜蜂’。探測器由1600根塑膠閃爍棒組成一個陣列,猶如1600個小眼組成一隻複眼。”

    張雙南預計“小蜜蜂”在兩年的運行期裏可以探測到大約100個伽馬射線暴。“小蜜蜂”對伽馬射線偏振的測量能力比國際上其他現有儀器強10倍以上。

    雖然這十幾年來人們對伽馬暴的研究取得了長足的進步,但是有關伽馬暴的一些基本問題還是沒有得到很好的解決。由於儀器能力的限制,目前世界上還沒有對伽馬暴伽馬射線偏振的有效測量結果。

    (小標題)“天宮二號”上唯一的國際合作項目

    張雙南說:“10年前徵集‘天宮二號’的科學載荷時,我們提出了一個概念,在‘天宮二號’上做伽馬射線、X射線、可見光的多波段探測儀器,來觀測伽馬射線暴。後來中法有個國際合作機會,恰好法國也提出了伽馬射線暴探測,就有了中法伽馬射線暴探測衛星。在衛星上允許放更多的儀器,靈敏可以更高,探測能力更強,這顆衛星預計將於2021年發射。另外,我們想在‘天宮二號’重量允許的範圍內做一個有特色的儀器,通過空間應用中心(總體部)的大力支援,就有了‘小蜜蜂’這個探測儀。”

    他說,這樣的儀器從來沒有人做過,任何第一次做的事情就會遇到原來沒有想到的困難。空間應用中心(總體部)根據“神舟八號”中德合作的經驗,為本次項目建立了很好的合作機制,也通過他們豐富的工程經驗為最終成功研製提供了有力的保障。

    “當然,因為這是個國際合作項目我們在合作過程中還是遇到了很多文化上的困擾。歐洲的航太工程理念以及管理與中國不同,不同文化之間產生了問題。另一方面有些歐洲的工藝中國沒有,國際合作也使得中國的工藝水準得到了提升。”張雙南說。

    (小標題)探測宇宙中最猛烈的爆炸

    伽馬射線暴是來自宇宙空間的伽馬射線短時間突然增強的現象。雖然伽馬射線暴的持續時間長者只有數百秒,短者更是不足數十毫秒,但期間釋放的能量幾乎搶了整個宇宙的風頭,暫態亮度甚至有可能勝過全宇宙其他天體的總和。

    伽馬暴的發現頗具傳奇色彩。美國在1963年發射了探測伽馬光子的Vela系列軍事衛星,以監測冷戰對手蘇聯核子試驗時所產生的伽馬光子。這些衛星卻意外地發現了許多既不是來自地球,也不是來自太陽,而是來自宇宙空間的伽馬射線爆發現象。這些令人“意想不到”的發現打開了伽馬暴研究領域的大門。

    目前伽馬暴比較公認的成因是與宇宙中接近光速的噴流現象有關。一些觀點認為這種噴流是在大品質恒星死亡的過程中產生的,也有人猜測是兩個緻密天體如中子星的合併產生的。這兩種過程一般都伴隨著黑洞的產生。

    從1973年公佈發現伽馬暴以來,關於它的研究一直是天文學和物理學中一個極其活躍的前沿領域。自1997年以來,有關伽馬暴的觀測發現四次被美國的《科學》雜誌評為年度世界十大科技成就之一。

    2015年9月14日美國科學家在人類歷史上首次觀測到了引力波,這是由兩個恒星級黑洞併合而產生的。就在其發生0.4秒之後,美國費米伽馬射線望遠鏡觀測到了一起暗弱的伽馬暴事件。這一伽馬暴事件看起來很可能就是由那兩個黑洞併合而觸發的。

    然而,科學家們對此還有爭議,還需要更多數據才能夠理解伽馬暴和引力波事件的關係。科學家認為,未來幾年內會有大量機會觀測到類似事件的發生。

    迄今科學家發現的所有伽馬暴都遠在銀河系之外。如果地球附近出現伽馬暴,並且地球處在其釋放路徑上,那麼地球上的生命將遭遇滅頂之災。儘管難以確認,但是伽馬暴可能是導致奧陶紀大滅絕事件(第一次生物大滅絕)的原因之一。這個事件致使85%的海洋生物滅絕。伽馬暴甚至可能是人類還未發現外星生命的一個原因,這些外星生命或許已經被意外的伽馬暴毀滅了。(完)

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