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“天宫二号”上“小蜜蜂”探寻宇宙中最猛烈爆炸

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新华社北京9月17日电(记者喻菲)一枚外观像盒方形蛋糕,而被科学家昵称为“小蜜蜂”的探测器将“趴”在“天宫二号”的顶部,用它复杂的“眼睛”寻找宇宙中最闪耀的爆炸——伽马射线暴,帮助人类理解这激烈又短暂的瞬间灿烂是如何产生的。

(新华社记者贺萌绘制)

“小蜜蜂”的大名叫天极,英文名POLAR,学名是伽马暴偏振探测仪。它将对宇宙伽马暴和太阳耀斑高能辐射进行高灵敏度偏振观测,有望开辟伽马射线天文探测的新窗口。

(小标题)灵敏的“小蜜蜂”

伽马暴偏振探测仪是中国科学院高能物理研究所牵头,瑞士日内瓦大学、瑞士保罗谢尔研究所、波兰核物理研究所参加的国际合作项目,将通过测量伽马暴或太阳耀斑的偏振等特性,为更好的理解宇宙中极端天体物理环境下最剧烈的爆发现象产生的机制做出重要贡献。

中国科学院粒子天体物理重点实验室主任、“天宫二号”伽马暴偏振探测首席科学家张双南说,“小蜜蜂”的重点是探测伽马射线暴的偏振。“我现在很激动,我们希望能够第一次精确探测到伽马射线暴偏振信息,希望通过这个仪器能够把伽马射线暴产生的过程看得更清楚。我们另外一个重要任务就是研究引力波产生的时候,是否有伽马射线暴。这样我们就可以知道产生引力波的事件究竟是怎么回事。这个研究很有趣。”

(新华社记者贺萌绘制)

他说:“这个约30公斤重的探测器可以被称为望远镜,但它跟一般的望远镜不一样,有很多敏感的元件用来探测偏振,类似于蜜蜂和蜻蜓等昆虫的复眼,所以我们给它起名叫 小蜜蜂 。探测器由1600根塑料闪烁棒组成一个阵列,犹如1600个小眼组成一只复眼。”

张双南预计“小蜜蜂”在两年的运行期里可以探测到大约100个伽马射线暴。“小蜜蜂”对伽马射线偏振的测量能力比国际上其他现有仪器强10倍以上。

虽然这十几年来人们对伽马暴的研究取得了长足的进步,但是有关伽马暴的一些基本问题还是没有得到很好的解决。由于仪器能力的限制,目前世界上还没有对伽马暴伽马射线偏振的有效测量结果。

(小标题)“天宫二号”上唯一的国际合作项目

张双南说:“10年前征集 天宫二号 的科学载荷时,我们提出了一个概念,在 天宫二号 上做伽马射线、X射线、可见光的多波段探测仪器,来观测伽马射线暴。后来中法有个国际合作机会,恰好法国也提出了伽马射线暴探测,就有了中法伽马射线暴探测卫星。在卫星上允许放更多的仪器,灵敏可以更高,探测能力更强,这颗卫星预计将于2021年发射。另外,我们想在 天宫二号 重量允许的范围内做一个有特色的仪器,通过空间应用中心(总体部)的大力支持,就有了 小蜜蜂 这个探测仪。”

他说,这样的仪器从来没有人做过,任何第一次做的事情就会遇到原来没有想到的困难。空间应用中心(总体部)根据“神舟八号”中德合作的经验,为本次项目建立了很好的合作机制,也通过他们丰富的工程经验为最终成功研制提供了有力的保障。

“当然,因为这是个国际合作项目我们在合作过程中还是遇到了很多文化上的困扰。欧洲的航天工程理念以及管理与中国不同,不同文化之间产生了问题。另一方面有些欧洲的工艺中国没有,国际合作也使得中国的工艺水平得到了提升。”张双南说。

(小标题)探测宇宙中最猛烈的爆炸

伽马射线暴是来自宇宙空间的伽马射线短时间突然增强的现象。虽然伽马射线暴的持续时间长者只有数百秒,短者更是不足数十毫秒,但期间释放的能量几乎抢了整个宇宙的风头,瞬时亮度甚至有可能胜过全宇宙其他天体的总和。

伽马暴的发现颇具传奇色彩。美国在1963年发射了探测伽马光子的Vela系列军事卫星,以监测冷战对手苏联核试验时所产生的伽马光子。这些卫星却意外地发现了许多既不是来自地球,也不是来自太阳,而是来自宇宙空间的伽马射线爆发现象。这些令人“意想不到”的发现打开了伽马暴研究领域的大门。

目前伽马暴比较公认的成因是与宇宙中接近光速的喷流现象有关。一些观点认为这种喷流是在大质量恒星死亡的过程中产生的,也有人猜测是两个致密天体如中子星的合并产生的。这两种过程一般都伴随着黑洞的产生。

从1973年公布发现伽马暴以来,关于它的研究一直是天文学和物理学中一个极其活跃的前沿领域。自1997年以来,有关伽马暴的观测发现四次被美国的《科学》杂志评为年度世界十大科技成就之一。

2015年9月14日美国科学家在人类历史上首次观测到了引力波,这是由两个恒星级黑洞并合而产生的。就在其发生0.4秒之后,美国费米伽马射线望远镜观测到了一起暗弱的伽马暴事件。这一伽马暴事件看起来很可能就是由那两个黑洞并合而触发的。

然而,科学家们对此还有争议,还需要更多数据才能够理解伽马暴和引力波事件的关系。科学家认为,未来几年内会有大量机会观测到类似事件的发生。

迄今科学家发现的所有伽马暴都远在银河系之外。如果地球附近出现伽马暴,并且地球处在其释放路径上,那么地球上的生命将遭遇灭顶之灾。尽管难以确认,但是伽马暴可能是导致奥陶纪大灭绝事件(第一次生物大灭绝)的原因之一。这个事件致使85%的海洋生物灭绝。伽马暴甚至可能是人类还未发现外星生命的一个原因,这些外星生命或许已经被意外的伽马暴毁灭了。(完)

(原标题:“天宫二号”上“小蜜蜂”探寻宇宙中最猛烈爆炸)

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