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輕盈雨燕，為伽瑪射線暴起舞
（2005年02月10日 13:00:03）
來源︰《太空探索》雜志
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□作者: 李 鑒
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輕盈雨燕，為伽瑪射線暴起舞
李 鑒
2004年11月20日，美國航宇局一個最新的太空科學探測器在美國佛羅里達的卡納維拉爾角航天中心發射升空。這一探測器被命名為“雨燕”，其英文名字Swift還具有“迅速”、“敏捷”的意思，因為它是迄今為止最靈敏、反應最迅速的空間天文觀測台。因襲擊美國東部的颶風和發射火箭的自身故障，探測器的發射時間被一再推遲，終于在11月20日搭乘波音公司建造的“德爾它2”火箭升空。這只承載著天文學家殷殷期望的矯健“雨燕”終于飛向了浩瀚星海，它將憑借其高科技武裝下的銳利“眼楮”，勇敢地直面宇宙中最令人難以置信的超高能量爆發。
“雨燕”重1470千克，和錢德拉X射線望遠鏡、哈勃空間望遠鏡動輒好幾十噸的體重相比，它的確名副其實，堪稱一只輕盈的小燕子。“雨燕”項目耗資2.5億美元，由美國航宇局和意大利、英國的航天部門聯合開發。它將致力于搜尋宇宙中的伽瑪射線暴，幫助科學家解釋這種爆發的種種疑問，並有望徹底揭開伽瑪射線暴與黑洞誕生的關系之謎。
“雨燕”的三重銳眼
和以往的伽瑪暴探測器相比，“雨燕”具有定位時間短、靈敏度高、可以多波段同時觀測的優點。“雨燕”裝配有三個威力巨大的望遠鏡，它們各司其職，能在捕捉到伽瑪暴後的最短時間內進行暴源和余輝的多波段觀測︰
•寬視場爆發警示望遠鏡（簡稱BAT)。它視野廣闊、響應迅捷，一旦探測到伽瑪暴就能很快確定爆發源的位置，並可在幾十秒的短時間內把位置信息傳送給地面觀測台。預計BAT每年可以捕捉到大約100個伽瑪暴。
•X射線望遠鏡(簡稱XRT)。XRT的定位精度比BAT更高，而且還可以測量X波段的光譜。在“雨燕”之前，一個伽瑪暴被發現後，別的X射線望遠鏡往往要花費幾小時甚至幾天的時間才能對準爆發源，而行動敏捷的“雨燕”可以在幾秒鐘之內使XRT聚焦爆發源，展開即時的X射線余輝觀測。
•紫外/光學望遠鏡(簡稱UVOT)。UVOT是一個口徑30厘米的望遠鏡，不過其靈敏度足以和地面4米口徑望遠鏡相媲美。它的主要目標是觀測伽瑪暴的光學和紫外余輝，同時也進行光譜觀測。通過UVOT和XRT，天文學家可以很快知道伽瑪暴來自于哪個星系，並根據光譜測量準確定出這個星系的距離。
為了配合“雨燕”的觀測，科學家們還建立了完善的全球伽瑪暴監測網，由遍布于全球的多台地面自動控制望遠鏡組成，它們時刻準備著接受來自“雨燕”的信號，一旦發現伽瑪暴就會迅速投入觀測。
“雨燕”的科學目標
被科學家寄予厚望的“雨燕”，在未來兩年多的時間里，任務十分繁重︰
探究伽瑪暴的起源。目前人們普遍認為伽瑪暴產生于一個極度高溫高壓的火球，這個模型可以解釋伽瑪暴特別是余輝的許多觀測性質。但是一個無法回避的問題是火球是如何產生的，即伽瑪暴的能源機制是什麼？目前提出的火球形成機制主要有兩類︰並合模型和坍縮模型。並合模型包括兩顆中子星合並、黑洞和白矮星、中子星或氦星的合並；坍縮模型主要指大質量恆星坍縮形成伽瑪暴。此外，還有中子星相變成奇異星（含奇異夸克的致密星）的相變模型、快速旋轉的磁星模型、星系中心大質量黑洞的吸積模型等等，不一而足。盡管天文學家們對此眾說紛紜，卻沒有一個理論能真正獲得有力的觀測證據，伽瑪暴的能源機制至今依然遠未解決，這是伽瑪暴研究的核心問題，也是“雨燕”的首要任務。
甄別伽瑪暴的類別。當代天文觀測已經表明有一部分伽瑪暴很可能起源于大質量恆星的爆發，也就是形成黑洞的過程中。但是對更多的伽瑪暴，人們對其來龍去脈仍然一無所知。通過“雨燕”的觀測，將有可能甄別出更多的伽瑪暴類型，從而為揭開能源機制之謎提供觀測證據。
研究伽瑪暴的演化。由于伽瑪暴爆發時間極短，往往來不及進行精細研究，因此長時間可見的余輝在研究上就顯得特別重要。“雨燕”將以幾天為周期，連續監測伽瑪暴的余輝，並在可見光、紫外、X射線波段獲取余輝的光譜數據，為人們了解余輝如何演化以及伽瑪暴如何與周圍物質發生相互作用提供詳細信息。
用伽瑪暴研究早期宇宙。若“雨燕”能發現高紅移伽瑪暴，將會為研究早期宇宙提供全新的重要觀測數據。如果伽瑪暴起源于大質量恆星坍縮，那麼它就可以作為研究宇宙學和高紅移宇宙的一個重要工具。目前，類星體依然是探索高紅移宇宙的重要窗口，可是類星體的紅移（Z）至多只能到6左右，難以再向宇宙更深處推進。但是伽瑪暴可以起源于大爆炸後的第一代恆星，也就是說它們可以來自于紅移為20~30的早期宇宙，因此伽瑪暴成了研究高紅移宇宙一個獨特的手段。
完成首次全天硬X射線巡天。在觀測伽瑪暴之余的“閑暇”時間，“雨燕”將會進行全天硬X射線巡天。科學家預計它將發現超過400個被軟X射線輻射遮掩著的超大質量黑洞，這將會在黑洞探索史上寫下輝煌的一筆。
“雨燕”所擁有的高靈敏度和速度，使它幾乎能對所有的天體物理現象作出快速響應，因此除了預先設定的科學目標外，它還很有可能會捕捉到許多不為人所知的新發現。現在這只輕盈的雨燕已經在地球上空翩翩起舞了，它將在人類探索宇宙奧秘的歷史進程中作出新的貢獻。
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文章作者:李 鑒
責任編輯:skylook
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