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巡天之旅(2)
http://www.100md.com 2011年2月1日 《百科知识》 2011年第3期
     展到研究早型星、白矮星和各种星际物质。自“哥白尼”卫星升空后,人类发射了涵盖各类紫外波段的望远镜,紫外天文学也是人类研究宇宙的重要途径。

    捕捉伽马暴的巡天翘楚

    在宇宙中,伽马射线会产生突然增强的现象,人们称之为伽马射线暴,简称为“伽马暴”。天文学家们平均每天都能够观测到一次来自天空中不同方向的伽马暴。它们在数秒种内产生的能量差不多等同于把太阳的全部质量都转变成能量。在短短的一瞬间里,这种爆炸所释放出的能量可以相当于太阳一年辐射能量的几百亿倍。它们是如何形成的?产生的源头在哪里呢?

    现在,天文学家们对伽马暴的成因已有了一些初步的解释。一种情况是,当一颗超大质量恒星走向死亡时,它们中的一部分会成为超级新星,这是一种特殊的超新星,比一般的超新星威力更大。这时,由于重力的坍塌,灼热的能量便从星核处以光速冲出星体,爆炸波与星际间的气体、尘埃发生碰撞,于是,伽马暴就发生了。另一种情况是,当两颗中子星发生碰撞时,它们融合成黑洞,这个过程也会产生伽马暴。
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    当伽马暴发生时,剧烈的冲击和碰撞还会产生X光、可见光和无线电波,这些射线都能从地球上观测到,天文学家们称之为伽马暴的“余光”。

    几十年来,人类发射了一系列天文卫星观测伽马暴,有些取得了很好的成绩。2004年11月,一颗名为“雨燕”的观测卫星搭乘德尔塔火箭升入太空。“雨燕”是非常先进和灵活的伽马暴观测卫星,它拥有一系列搭载的望远镜,包括爆发警示望远镜、X射线望远镜和紫外线光学望远镜,可从伽马射线、X射线、紫外线和光波四个方面研究伽马暴和它的余光。“雨燕”非常灵活,它首先利用爆发警示望远镜侦察伽马暴,然后利用X射线望远镜和紫外线光学望远镜收集伽马暴发生点附近的信息,最后通过这些信息找出伽马暴的位置。到目前为止,“雨燕”已经发现了数百次伽马暴现象。

    迄今为止,“雨燕”捕捉到的最遥远的伽马暴位于大约130亿光年之外的地方,这让科学家们非常惊讶。我们知道,宇宙大爆炸发生在大约137亿年前,也就是说,当这个伽马暴发生时,宇宙仅仅形成了约7亿年。假若将这种伽马暴的光线予以分解,人们便可以得到反映在伽马暴中的各种元素的光谱,从而了解早期宇宙的大量信息。伽马暴在这方面为天文学家们研究早期的宇宙提供了重要的线索。
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    “大手笔”托举天文学的未来

    面对宇宙,人类依然怀有许多疑问:宇宙大爆炸后的第一缕星光是如何出现的?早期的宇宙究竟是一种怎样的状态?在宇宙中,生命,尤其是智慧生命是否十分稀少?抑或地球人并非宇宙中的唯一?神秘的黑洞、类星体、暗物质和暗能量,它们在宇宙的形成和发展中起着怎样的作用?在人类所知甚少的太阳系遥远的边缘,传说中的柯伊伯带和奥尔特云是否果真存在?

    要解开这些谜团,就需要更大更强的望远镜。正在建设中的“詹姆斯·韦伯”太空望远镜有望把人类的视线延伸到宇宙遥远的边缘,看到宇宙初期的状态,人类因此得以回望130多亿年前宇宙初开时的情景。正在筹建中的欧洲极大望远镜将使地面望远镜的口径达到42米。天文学家希望用未来的望远镜直接观察恒星周围的行星,从而在这些行星上寻找支持生命存在的化合物,包括水、甲烷和氧气等。

    科学家还希望用未来的望远镜研究宇宙中的黑洞和类星体,从而揭示星系的产生和发展之谜。现在科学家知道,一个神秘的超大质量黑洞“半人马座A*”就隐藏在银河系的中心。在过去的近20年里,他们一直在追踪运行在这个神秘天体周围的恒星,他们发现那些恒星运行得非常快,这是黑洞存在的证据,因为黑洞的引力十分强大,所以附近的恒星必须快速运转,否则便有坠于黑洞的危险。
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    现在,一个庞大的射电望远镜阵列一“阿塔卡马大毫米及次毫米波阵列”正在建造之中,预计两年以后便可投入使用。科学家们相信,通过与地球上的其他望远镜相配合,这个由66个碟形天线组成的射电望远镜阵列将最终能够为“半人马座A*”成像,这将为破解星系的形成之谜提供很大的帮助。在未来,像这种依赖于望远镜的太空探测“大手笔”将把天文学带入一个全新的时代。

    “中国视线”,举世期待

    2001年,中国启动了一个名为“大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜”的大型光学望远镜项目,简称LAMOST,它是一个由大口径(4米)、大视场和4000根光纤组成的超大规模光谱观测系统。2008年10月,LAMOST正式落成。2010年4月17日,LAMOST被正式冠名为“郭守敬”望远镜,它是世界上最大的大视场望远镜,可观测1000万个天体,在光谱观测中独树一帜。LAMOST是中国望远镜制造史上的里程碑,它的建成为继续研制极大口径望远镜打下了坚实的基础。
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    2007年,中国另一个大型望远镜项目一口径达500米的球面射电望远镜(简称FAST)立项,它将安放在贵州黔南州平塘县的大洼地中。FAST由4600块三角型反射板拼接而成,其外形与锅式卫星天线相似,面积相当于30个足球场,预计2013年投入使用。FAST将主要用于探索宇宙边缘的信息,揭示宇宙早期演化的秘密,也可作为高灵敏度被动雷达对空间目标,包括卫星、空间碎片等进行监视和成像。

    我国还将于近期发射一枚“硬X射线调制望远镜”(简称HXMT)。所谓硬X射线是指能量较高的X射线,其波长在0.01~0.1纳米之间。波长在0.1纳米以上的则称为软X射线。这架硬X射线望远镜将有利于探测黑洞等大质量天体在一定条件下爆发出的X射线,可望填补硬X射线领域上的国际观测空白。展望21世纪,探索宇宙奥秘的“中国视线”将令举世期待。, 百拇医药(张唯诚)
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