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轻盈雨燕，为伽玛射线暴起舞
（2005年02月10日 13:00:03）
来源：《太空探索》杂志
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□作者: 李 鉴
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轻盈雨燕，为伽玛射线暴起舞
李 鉴
2004年11月20日，美国航宇局一个最新的太空科学探测器在美国佛罗里达的卡纳维拉尔角航天中心发射升空。这一探测器被命名为“雨燕”，其英文名字Swift还具有“迅速”、“敏捷”的意思，因为它是迄今为止最灵敏、反应最迅速的空间天文观测台。因袭击美国东部的飓风和发射火箭的自身故障，探测器的发射时间被一再推迟，终于在11月20日搭乘波音公司建造的“德尔它2”火箭升空。这只承载着天文学家殷殷期望的矫健“雨燕”终于飞向了浩瀚星海，它将凭借其高科技武装下的锐利“眼睛”，勇敢地直面宇宙中最令人难以置信的超高能量爆发。
“雨燕”重1470千克，和钱德拉X射线望远镜、哈勃空间望远镜动辄好几十吨的体重相比，它的确名副其实，堪称一只轻盈的小燕子。“雨燕”项目耗资2.5亿美元，由美国航宇局和意大利、英国的航天部门联合开发。它将致力于搜寻宇宙中的伽玛射线暴，帮助科学家解释这种爆发的种种疑问，并有望彻底揭开伽玛射线暴与黑洞诞生的关系之谜。
“雨燕”的三重锐眼
和以往的伽玛暴探测器相比，“雨燕”具有定位时间短、灵敏度高、可以多波段同时观测的优点。“雨燕”装配有三个威力巨大的望远镜，它们各司其职，能在捕捉到伽玛暴后的最短时间内进行暴源和余辉的多波段观测：
·宽视场爆发警示望远镜（简称BAT)。它视野广阔、响应迅捷，一旦探测到伽玛暴就能很快确定爆发源的位置，并可在几十秒的短时间内把位置信息传送给地面观测台。预计BAT每年可以捕捉到大约100个伽玛暴。
·X射线望远镜(简称XRT)。XRT的定位精度比BAT更高，而且还可以测量X波段的光谱。在“雨燕”之前，一个伽玛暴被发现后，别的X射线望远镜往往要花费几小时甚至几天的时间才能对准爆发源，而行动敏捷的“雨燕”可以在几秒钟之内使XRT聚焦爆发源，展开即时的X射线余辉观测。
·紫外/光学望远镜(简称UVOT)。UVOT是一个口径30厘米的望远镜，不过其灵敏度足以和地面4米口径望远镜相媲美。它的主要目标是观测伽玛暴的光学和紫外余辉，同时也进行光谱观测。通过UVOT和XRT，天文学家可以很快知道伽玛暴来自于哪个星系，并根据光谱测量准确定出这个星系的距离。
为了配合“雨燕”的观测，科学家们还建立了完善的全球伽玛暴监测网，由遍布于全球的多台地面自动控制望远镜组成，它们时刻准备着接受来自“雨燕”的信号，一旦发现伽玛暴就会迅速投入观测。
“雨燕”的科学目标
被科学家寄予厚望的“雨燕”，在未来两年多的时间里，任务十分繁重：
探究伽玛暴的起源。目前人们普遍认为伽玛暴产生于一个极度高温高压的火球，这个模型可以解释伽玛暴特别是余辉的许多观测性质。但是一个无法回避的问题是火球是如何产生的，即伽玛暴的能源机制是什么？目前提出的火球形成机制主要有两类：并合模型和坍缩模型。并合模型包括两颗中子星合并、黑洞和白矮星、中子星或氦星的合并；坍缩模型主要指大质量恒星坍缩形成伽玛暴。此外，还有中子星相变成奇异星（含奇异夸克的致密星）的相变模型、快速旋转的磁星模型、星系中心大质量黑洞的吸积模型等等，不一而足。尽管天文学家们对此众说纷纭，却没有一个理论能真正获得有力的观测证据，伽玛暴的能源机制至今依然远未解决，这是伽玛暴研究的核心问题，也是“雨燕”的首要任务。
甄别伽玛暴的类别。当代天文观测已经表明有一部分伽玛暴很可能起源于大质量恒星的爆发，也就是形成黑洞的过程中。但是对更多的伽玛暴，人们对其来龙去脉仍然一无所知。通过“雨燕”的观测，将有可能甄别出更多的伽玛暴类型，从而为揭开能源机制之谜提供观测证据。
研究伽玛暴的演化。由于伽玛暴爆发时间极短，往往来不及进行精细研究，因此长时间可见的余辉在研究上就显得特别重要。“雨燕”将以几天为周期，连续监测伽玛暴的余辉，并在可见光、紫外、X射线波段获取余辉的光谱数据，为人们了解余辉如何演化以及伽玛暴如何与周围物质发生相互作用提供详细信息。
用伽玛暴研究早期宇宙。若“雨燕”能发现高红移伽玛暴，将会为研究早期宇宙提供全新的重要观测数据。如果伽玛暴起源于大质量恒星坍缩，那么它就可以作为研究宇宙学和高红移宇宙的一个重要工具。目前，类星体依然是探索高红移宇宙的重要窗口，可是类星体的红移（Z）至多只能到6左右，难以再向宇宙更深处推进。但是伽玛暴可以起源于大爆炸后的第一代恒星，也就是说它们可以来自于红移为20~30的早期宇宙，因此伽玛暴成了研究高红移宇宙一个独特的手段。
完成首次全天硬X射线巡天。在观测伽玛暴之余的“闲暇”时间，“雨燕”将会进行全天硬X射线巡天。科学家预计它将发现超过400个被软X射线辐射遮掩着的超大质量黑洞，这将会在黑洞探索史上写下辉煌的一笔。
“雨燕”所拥有的高灵敏度和速度，使它几乎能对所有的天体物理现象作出快速响应，因此除了预先设定的科学目标外，它还很有可能会捕捉到许多不为人所知的新发现。现在这只轻盈的雨燕已经在地球上空翩翩起舞了，它将在人类探索宇宙奥秘的历史进程中作出新的贡献。
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文章作者:李 鉴
责任编辑:skylook
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