天宫二号空间实验室搭载实验中唯一的国际合作项目

作者: 陈欢欢

来源: 科学网

发布日期: 2016-09-15 22:27:54

天宫二号空间实验室搭载的实验中唯一的国际合作项目是“天极”望远镜,它是目前国际上最灵敏的伽玛射线暴偏振探测仪器。该项目由中国科学院高能物理研究所牵头,瑞士、波兰等国的研究机构参与研制。“天极”望远镜的主要科学目标是高精度、系统性测量伽玛暴的偏振性质,预期运行两年可以探测到大约100个伽玛射线暴。

天宫二号空间实验室搭载的实验中唯一的国际合作项目是“天极”望远镜。中科院高能物理研究所研究员、天极伽玛暴偏振探测仪项目首席科学家张双南形容自己团队的作品——“天极”望远镜为“小蜜蜂”。这只“小蜜蜂”不是普通的光学望远镜,它是目前国际上最灵敏的伽玛射线暴偏振探测仪器。

张双南告诉《中国科学报》记者,“天极”获得的数据将有助于人类理解黑洞和中子星合并、太阳极端爆发等天体现象,从而了解宇宙如何演变,检验爱因斯坦的广义相对论。伽玛射线波长最短、能量最强,其能量比可见光大几十万倍。100年前,爱因斯坦预测了引力波的存在。今年2月11日,人类首次直接探测到引力波。

张双南表示,今后还可能观测两个中子星合并或者黑洞和中子星的合并,在产生引力波的过程中也可能产生伽玛射线暴(简称“伽玛暴”)。

宇宙中的伽玛暴来源于恒星坍塌时发生的剧烈爆炸,恒星中的物质以近乎光速喷出,形成射线暴,其亮度超过全宇宙其他天体的总和,辐射能量与太阳一生(百亿年)的总能量相当。从1973年公布发现以来,伽玛暴的起源及物理过程一直是天文学和物理学中活跃的前沿领域。1997年至今,伽玛暴的观测研究四次被《科学》杂志评为年度世界十大科技成就之一。

不过,在对伽玛暴的研究中,人类却碰到了钉子。

宇宙天体产生的伽玛射线光子具有四方面信息:到达时间、能量、方向和偏振。科学家在前三个方面都已有成熟的探测方法,但由于仪器能力有限,国际上迄今还没有任何一个测量结果达到了科学意义上的确认程度。

张双南说,望远镜和探测器是天文学这辆火车的车头,伽玛射线偏振探测是火车行进路上的一条新铁轨,通过它,火车可以看到以前没有领略过的风景,为伽玛暴研究打开一扇新窗口,而“天极”望远镜的主要科学目标正是高精度、系统性测量伽玛暴的偏振性质。

“天极”望远镜的全称是“天极”伽玛暴偏振探测仪(POLAR)。

张双南告诉记者,“天极”代表“天体的极化”,而“极化”和“偏振”在英语中对应同一个词polarization,因此“天极”望远镜又简称POLAR。“天极”由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、波兰核物理研究所等单位参加研制。其中,偏振探测器将安装于天宫二号空间实验室的舱外,背对地球指向天空,可以有效地捕捉到伽玛暴爆发过程中产生的伽玛光子,并测量它们的偏振性质。

张双南之所以将“天极”望远镜称为“偏爱伽玛暴的小蜜蜂”,原因有二。首先,“天极”在构造上与蜜蜂的复眼有异曲同工之妙。其次,由于伽玛暴是不可预测、随机发生的天文事件,为了最大限度地捕捉伽玛暴,“天极”望远镜将在允许的情况下尽量多地开机运行,犹如蜜蜂一样不知疲倦地工作。据介绍,预期运行两年“天极”可以探测到大约100个伽玛射线暴,虽然数量上不是最多,但“天极”能够获得高精度伽玛射线偏振测量的最大样本。

同时,张双南表示,在天宫二号运行期间,“天极”也会对其他天体和爆发现象的伽玛射线的偏振进行测量,如中子星和太阳耀斑产生的伽玛射线,这将有助于人类理解中子星的磁场结构和太阳极端爆发的现象。

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