費米太空望遠鏡 NASA最新的太空望遠鏡，也就是先前的GLAST，已經出色地完成了軌道測試，開始進行探索狂暴難料的伽瑪射線宇宙的使命。它以一個新的名字開始了工作：26日，NASA宣布，GLAST更名為費米伽瑪射線太空望遠鏡，以紀念高能物理學的先驅者——恩里科·費米教授（1901-1954）。
費米伽瑪射線空間天文台（英語：Fermi Gamma-ray Space Telescope，原名Gamma-ray Large Area Space Telescope, GLAST，大面積伽瑪射線空間天文台）是在地球低軌道的伽馬射線天文學空間天文台。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，如活動星系核、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[1]。
基本介紹
- 中文名：費米太空望遠鏡
- 外文名： NASA
- 使命：探索狂暴難料的伽瑪射線宇宙
- 升空時間：2008年6月
- 別稱：恩里科·費米
- 所屬國家：美國
- 成就：驗證愛因斯坦光速理論
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相關介紹
2008年6月發射升空。這台世界上最強大的望遠鏡是通過高能伽馬射線觀察宇宙，最初這個天文台被稱作“伽馬射線廣域空間望遠鏡”(Gamma-ray Large Area Space Telescope)，但是當這台望遠鏡建成後開始正常運行時，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。
名稱
新名字為“費米伽馬射線太空望遠鏡”。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。
費米太空望遠鏡的伽瑪射線巡天圖原理
伽馬射線代表著宇宙中光線的最強能量形式，它通常產生於以很快的速度拋出物質的來源，如巨大的黑洞。短期的伽馬射線爆發特別的一點在於它證實了愛因斯坦的一個觀點，也就是無線電波，紅外線，可見光，X射線和伽馬射線在太空中均以相同的速度傳播。
根據科學家們建立的理論，時空在比電子還小萬億倍的極小的物理尺度下呈動態的“泡沫”結構。模型預測這種泡沫時空會產生高能的伽馬射線，其速度比更低能量的光子還要慢——這項預測也經過了太空望遠鏡觀測的驗證。
物理學家們很樂意用一種能涵蓋所有基本力的概念來取代愛因斯坦在相對論中表述的引力的觀點。有很多構想，但是很難找到方法去驗證它們。”
費米觀測到GRB 090510事件的時間是5月10日，天文學家推斷伽馬射線爆發很可能來源於73億光年外的兩顆中子星的碰撞. 特別是有兩粒伽馬射線光子的能量級相差有上百萬倍。然而，在穿越了70億光年的距離後，這對光子到達費米探測器的時間差不過0.9秒。
費米發現的這一千個伽馬射線源較以往所知的數量多了五倍，其中一些的能量之強已經打破了紀錄。例如，GRB 090510伽馬射線源以光速的99.99995%的速度拋出物質。之前觀測到的能量最強的伽馬射線來自GRB 090902B，為334億電子伏——約為可見光能量的130億倍。
能量第三的伽馬射線源GRB 080916C，其能量足可匹敵9000 顆超新星爆炸。如果你覺得這還不能令人瘋狂的話，想像一下，伽馬射線爆發還能夠產生被稱為“鬼粒子”的中微子。 （中微子：核反應和超新星爆發中產生的一種粒子，比原子更基本，質量很小或沒有質量，幾乎不與物質發生作用；中微子不帶電荷，運動速度達到（如果其質量為零）或接近光速（如果其具有質量）。）
儀器
在望遠鏡發射後的兩個月里，科學家對其兩台儀器進行了測試和標校。這兩台儀器分別是“大區域望遠鏡”（LAT）和“GLAST暴發監測器”（GBM）。LAT儀器團隊當天展示了一幅全天空圖像，上面有銀河系灼熱的氣體、閃爍的脈衝星和數十億光年以外一個閃耀的星系。這幅圖像是利用該儀器95小時的最初觀測結果製成的，而利用NASA已退役的“康普頓伽馬射線觀測台”製成類似圖像要花數年的觀測時間。由於“費米”靈敏度極高，所以一些新發現肯定會接踵而至。LAT以“巡天模式”工作時，可每3小時對整個天空掃描一遍。在頭一年的工作過程中，“巡天模式”將占去該望遠鏡絕大部分的觀測時間。這些“快照”將使科學家能對伽馬射線宇宙所特有的快速變化進行監測。LAT對能量為20兆電子伏到超過300吉電子伏的光子敏感。這一能量區間的上限部分（相當於牙科用X射線能量的500多萬倍）目前基本上還未得到探測。
作為“費米”上的另一台儀器，GBM僅在頭一個月的工作中就已探測到31次伽馬射線爆發。這些高能爆炸現象發生於大質量恆星死亡或做軌道運行的中子星以螺旋方式相互靠近並融合起來之時。GBM所能敏感到的伽馬射線能量要低於LAT，從而可為觀測寬大的伽馬射線譜區提供補充。兩台儀器聯合起來，有可能會最終揭開伽馬射線暴某些最難解的秘密。
運作
在比可見光能量要高上五千萬倍的伽瑪射線波段巡天，費米太空望遠鏡的大面積相機(LAT)正探索著高能波段宇宙。上面這張全天圖，是用大面積相機在2008年8月4日到10月30日所取得的數據建構出來的。和以往類似的太空觀測任務比較，這是一幅更深、解析度更高的伽瑪射線全天圖。費米望遠鏡的伽瑪射線天空有那些明亮光源？最近一篇論文描述了其中最亮的205個伽瑪射線源，而上面影像呈現了其中最亮的十顆∶五顆位在我們銀河系內，另五顆在銀河系外。在我們銀河系內有∶在觀測期間拖曳出一道弧線的太陽、離我們約6,500光年的X射線雙星LSI +61303，在伽瑪射線才能見到閃爍的波霎PSR J1836+5925、離我們約15,000光年遠的球狀星團杜鵑座47(47Tuc)、及一顆位在銀河盤面中心點上方的未知伽瑪射線源。這個未知光源很有趣，因為它是個變光源，而且在其他波段都找不到和它對應的天體。在我們銀河系外的亮源有∶離我們約二億三百萬光年遠英仙座星系團中心的大型星系NGC1275、和3C 454.3、PKS1502+107、PKS0727-115等三個離我們有數十億光年遠的活躍星系，第五個則是一個位在銀河盤面下方的未知光源，它的本質為何仍是個待解之謎團。
成就
驗證愛因斯坦光速理論
2009年10月29日訊息，據美國太空網報導，美國航天局“費米伽馬射線空間望遠鏡”在一年來的觀測中，發現了最新的高能光線，從而證明了愛因斯坦關於光速理論的正確性。
費米空間望遠鏡是去年才發射升空的最新天文望遠鏡，致力於探尋宇宙中最劇烈的大爆炸所產生的伽馬射線。最新的發現令科學家能夠看到實驗室中無法複製的高能光線的作用，從而能幫助科學家更清晰地研究愛因斯坦的相對論。
“愛因斯坦在其相對論中提出了萬有引力觀念，但有些物理學家總喜歡用其他力的來源取而代之。”加州帕羅奧多史丹福大學科學家、費米廣域望遠鏡(LAT)首席觀測師皮特-邁克遜說：“人們有各種各樣的想法，但缺乏途徑來進行驗證。”
相對論是正確的
許多試圖證明萬有引力理論的努力都將時空關係描繪成一種飄忽不定的空洞結構，在物理層級上比電子還要微小數萬億倍。這樣的模型打破了愛因斯坦的假設，即所有的電磁輻射—無線電波、紅外線、可見光、X-射線和伽馬射線在通過真空時速度是相同的：即都是以光速運行。
2009年5月10日，費米望遠鏡和其他探測衛星觀測到一次所謂的“短伽馬射線爆發”，被命名為“GRB 090510”(GRB:伽馬射線暴的英文縮寫)。天文學家認為這種爆炸發生在中子星相撞時。進一步研究表明爆炸發生在73億光年外的星系中。
費米廣域望遠鏡觀測到了2.1秒的劇烈爆炸，放射出很多伽馬射線量子，形成兩股巨大能量流，其中一股比另一股高出近一百萬倍。經過70多億光年的旅行，它們之間的速度僅有0.9秒的差別。
“此次研究結果排除了任何關於萬有引力理論的新觀點，即有人認為超高能量會導致光速發生變化。”邁克遜說：“在十億億分之一內，兩股量子的速度都是一致的。愛因斯坦的相對論是正確無誤的！”
創造新的記錄
費米望遠鏡的次級裝置伽馬射線監視器在超過250次的爆炸中發現了低能量伽馬射線。廣域望遠鏡則觀測到12次的高能爆炸，其中三次還創下了新的記錄。
上文提到的GRB 090510是觀測到的最遠爆炸，釋放出的物質以光速的99.99995%運行。9月份觀測到的GRB 090902B是放射出的伽馬射線能量最高的爆炸，釋放出相當於334億伏特的電量，是可見光能量的130億倍！去年觀測到的GRB080916C釋放出的總能量最多，相當於誕生了9000個超新星！
前景無限
廣域望遠鏡每三小時會掃描整個天空一次，並為費米天文台的科學家提供越來越詳盡的資料，幫助他們不斷探索深度宇宙的奧秘。
“我們已經發現了一千多個持續的伽馬射線源—比以前知道的高出了5倍。”美國航天局戈達德太空飛行中心科學家朱莉-麥克恩雷說：“我們還利用其它射線與其中的近半數進行了信息互動。”
耀變體是一種遙遠的星系，其巨大的黑洞向我們會釋放出高速物質流。人們普遍認為已知超過500個的耀變體是伽馬射線的主要來源。在銀河系內，伽馬射線源包括46個脈衝星和兩個雙子星系。在雙子星系中，一顆中子星正圍繞一顆炙熱的新星高速運行。
系統組成
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後成對產生電子－正子對。這些帶電粒子通過交錯的矽微條探測器後產生電離，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。數個國家參與製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）
