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費米太空望遠鏡

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費米太空望遠鏡,全稱為費米伽瑪射線太空望遠鏡(Fermi Gamma-ray Space Telescope,原名Gamma-ray Large Area Space Telescope, GLAST,大面積伽瑪射線太空望遠鏡)是在地球低軌道的伽馬射線天文學空間望遠鏡。此望遠鏡是用來進行大面積巡天以研究天文物理或宇宙論現象,如活躍星系核、脈衝星、其他高能輻射來源和暗物質。另外,該衛星搭載的伽瑪射線爆監視系統(Gamma-ray Burst Monitor, GBM)可用來研究伽瑪射線暴。費米太空望遠鏡於2008年6月11日16:05由Delta II 7920-H火箭發射。

1 費米太空望遠鏡 -名稱來源

費米太空望遠鏡費米太空望遠鏡

費米太空望遠鏡,2008年6月發射升空。

作為世界上最強大的望遠鏡,費米太空望遠鏡是通過高能伽馬射線觀察宇宙,最初名稱為大面積伽瑪射線太空望遠鏡,但是當這台望遠鏡建成后開始正常運行時,人們又根據義大利科學家恩里科·費米的名字給它重新命名。選擇這一名稱是為了紀念高能物理學領域的先驅者、美籍義大利裔諾貝爾物理獎獲得者恩里科·費米(1901~1954)。費米是第一位對宇宙粒子如何被加速到高速做出推測的科學家,他的理論為認識「費米」望遠鏡所要揭示的新現象奠定了基礎。科學家們希望「費米」能通過觀測高能伽馬射線來發現眾多新的脈衝星,揭示超大質量黑洞的內部機理,並有助於物理學家尋找新的自然定律。

2 費米太空望遠鏡 -發射過程

發射

2008年3月4日望遠鏡到了Astrotech Corporation在泰特斯維爾的酬載處理中心。2008年6月4日,在先前的數次延誤后,發射時間最早確定在6月11日。GLAST在當地時間2008年6月11日16:05成功發射,75分鐘後衛星與火箭分離。該衛星在卡納維拉爾角空軍基地17號航天發射複合體的B發射台以Delta 7920H-10C發射。

到達軌道

GLAST在高度550千米(342英里)的近地軌道運行,軌道傾角28.5°

程式修正

GLAST的電腦程式在2008年6月23日進行了小幅度修正。

巡天模式

GLAST已於2008年6月26日切換到巡天模式開始進行巡天,每三小時(每兩個軌道)可掃過整個天空一次。

3 費米太空望遠鏡 -科學任務

費米太空望遠鏡費米太空望遠鏡的伽瑪射線巡天圖

GLAST的主要科學目的如下:

了解活動星系核、中子星與超新星遺迹的粒子加速機制。 
宇宙伽瑪射線研究:了解未確定的伽瑪射線來源和彌散輻射。 
確定伽瑪射線暴的高能狀態與暫態。 
尋找暗物質,例如銀河系中心的伽瑪射線超量研究;和早期宇宙研究。 
研究太初微型黑洞(MBH)蒸發以確定伽瑪射線暴和霍金輻射的關係。

4 費米太空望遠鏡 -科學發現

發現中子星

第一個主要發現是當望遠鏡找到CTA1超新星遺迹內的中子星時發現該中子星只發射伽瑪射線,此種形式中子星是第一次發現。這顆新發現的中子星以316.86毫秒的周期脈動,距離地球約4600光年。在2008年9月,在船底座發生的伽瑪射線爆GRB 080916C被記錄到。這次爆炸是以「被量測到最大能量」而著名。這次爆炸能量相當於9000顆超新星爆炸,其相對論性噴流的運動速度至少有光速的99.9999%。總而言之,GRB 080916C有目前所見「最高的總能量,最快的運動,最高能量的初始輻射」。

窺見射線爆發

費米望遠鏡窺見射線爆發 驗證愛因斯坦時空效應

NASA的費米伽馬射線太空望遠鏡花費了一年的時間,收集了一千多個伽馬射線源的數據,最後繪製成了這張迄今為止最完美的宇宙盡頭的天空圖。這無疑給愛因斯坦打了一針興奮劑,證實了這位科學家的時空效應理論。

發現反物質

2011年12月中旬,美國航空航天局(NASA)的費米伽馬射線天文望遠鏡以數據證實了宇宙存在著過量的反物質。本次結果是在2008年PAMELA(反物質探測和輕核天體物理載荷)衛星捕捉的一次非同尋常的反物質信號的基礎上完成的。天文學家評價稱,其不啻為一項物理學領域的重要發現,亦是天文觀測的一大壯舉。

同時,因該結果背後的研究原理,亦有極大可能確認了此信號對於暗物質的意義,並將作為一個罕見的暗物質標誌,進一步揭示暗物質的本質。

5 費米太空望遠鏡 -系統組成

費米太空望遠鏡費米太空望遠鏡確認宇宙存在過量反物質

GLAST包括大面積望遠鏡(Large Area Telescope, LAT)和伽瑪射線爆監視系統(Gamma-ray Burst Monitor, GBM)。

大面積望遠鏡

大面積望遠鏡以類似地球上粒子加速器使用的科技偵測個別伽瑪射線光子。光子撞到一個薄金屬片后成對產生電子-正子對。這些帶電粒子通過交錯的硅微條探測器后產生電離,造成微小脈動偵測到帶電粒子。粒子經過追蹤器後進入熱量計,其中包含一個以碘化銫晶體製造的閃爍器來測量帶電粒子能量。大面積望遠鏡的視野廣達約20%的天空。影像解析度在天文界屬於中等水平;每數角分可偵測最高能量光子,而視野為3°時可偵測100 MeV。大面積望遠鏡比1990年代康普頓伽瑪射線天文台搭載的高能伽瑪射線試驗望遠鏡更大且更成功。數個國家參與制造了大面積望遠鏡的一部分組件,之後各組件送至史丹佛線性加速器中心的國家加速器實驗室(SLAC)組合。

研製團隊

美國研究單位

史丹佛大學物理系GLAST團隊和漢生實驗物理實驗室 
SLAC 國家加速器實驗室粒子天文物理團隊 
戈達德太空飛行中心天文物理部門 
美國海軍研究實驗室高能太空環境(High Energy Space Environment, HESE)部門 
俄亥俄州立大學物理系 
聖塔克魯茲加利福尼亞大學物理系與粒子物理研究所 
索諾馬州立大學物理與天文系 
華盛頓大學 
德州農工大學金士維爾分校 

日本研究單位

宇宙航空研究開發機構/宇宙科學研究所 
東京大學
東京工業大學 
廣島大學 
早稻田大學 
名古屋大學 

義大利研究單位

義大利國家核物理研究所 (INFN) 
義大利太空局 
Istituto di Fisica Cosmica, Milano, CNR 
巴里大學 
帕多瓦大學 
佩魯賈大學 
比薩大學 
羅馬第二大學 
第里雅斯特大學 
烏迪內大學 

法國研究單位

法國原子能委員會 
法國國家太空研究中心 
法國國家核子物理暨粒子物理研究所、IN2P3 
巴黎綜合理工學院勒普蘭斯-林蓋實驗室 
波爾多格蘭納迪爾核研究中心 
理論物理學與粒子天文物理實驗室,蒙彼利埃

瑞典研究單位

瑞典皇家工學院 
斯德哥爾摩大學 

伽瑪射線爆監視系統

伽瑪射線爆監視系統是使用14個閃爍器(其中12個是碘化鈉晶體,偵測8keV至1MeV;另2個是鍺酸鉍晶體,偵測150keV至30MeV)的偵測器,可偵測全天空儀器能量範圍所有伽瑪射線爆,且不受地球阻擋。

研究團隊

美國研究單位

馬歇爾太空飛行中心、阿拉巴馬大學亨茨維爾分校 

德國研究單位

馬克斯-普朗克太空物理學研究所(Max Planck Institut für Extraterrestrische Physik)

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