观测地球大气的宇宙高能望远镜

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伽马射线高能立体望远镜。

伽马射线，来自宇宙的神秘信使

宇宙是什么样子的？它从哪里来？宇宙里面有些什么？这些问题一直困扰着天文学家，但是他们知道，这些问题跟微观世界有关，遥远恒星的内部都在发生剧烈的天体运动，产生高能运动，释放出来各种高能量的粒子。尤其是能量最高的伽马射线粒子，这些粒子一往无前，奔向地球。它们是一些宇宙信使，告诉我们宇宙的奥秘。

为了能够接受到这些信使带来的信息，科学家建造了很多探测器，很多都飞上了太空，成为广为人知的望远镜，这仅仅是一个名字，其实它们谈不上是望远镜，它们不是在光学波段观测星空，而是在电磁波的波段不断观测。

光仅仅是电磁波的一部分，电磁波的很多波段肉眼是看不见的，必须要依靠探测器，比如红外线和紫外线，还有X射线，它们都可以使用相关的望远镜观测成像，但是伽马射线不同，它不能使用望远镜观测，它出现的也很少，即使是对着全天最密集的伽马射线流，每分钟也接收不到一个伽马射线粒子。更困难的是，它的出现很偶然，不知道何时出现，出现了就是一阵子，只有短短的不到一分钟，被称为伽马射线暴，所以要探测伽马射线是很困难的。

电磁波谱。

但是，伽马射线却是天文学家最感兴趣的一种微观粒子，一种来自宇宙最神秘的微观粒子，它携带着最高的能量，它是来自宇宙的最重要的信使。

1900年，人们才知道自然界存在着伽马射线，在核爆炸中会产生伽马射线。广岛原子弹爆炸，人们才知道，它具有极高的能量，对生物有着巨大的伤害性，一个低能量的伽马射线光子，所携带的能量相当于几十万个可见光光子。它在电磁波谱中有着最高的频率和能量。简单地说，伽马射线是光的最高能量形式。

这个宇宙信使在进入地球大气层的时候会被阻拦住，所以只能到太空去探测。但是，科学家通过某种方式，想在地球上观测它们。

伽马射线立体望远镜拍摄的照片。

超过光速的微观粒子

光速是宇宙中速度最快的速度，超光速是不可能的，但是，在说这句话的时候，我们忽略了一个问题，光在宇宙真空中是最快的，如果在其它介质中，它的速度就达不到每秒三十万公里，而是低于这个速度。比如，在地球大气层中、在水中、在某种透明的胶体中，光的速度就赶不上高能粒子。相对来说，粒子的速度超越了光速，于是，我们就会发现一个事情，这些粒子在进入介质的时候，会发生闪光，闪光叫做切伦科夫辐射，闪光会出现在粒子的身后，就像是一艘船在前面航行，我们虽然看不到船，但是却很容易看到船的后面，留下了荡漾开来的水波。

这一点给科学家很好的启示，可以在某种介质中探测微观粒子。当高能的伽马射线进入到这些介质中的时候，就会产生闪光，于是科学家知道了，有伽马射线进入到探测器。

但是这仅仅是探测器，它只能知道有没有出现粒子，还谈不上是望远镜，真正的伽马射线望远镜不仅知道有粒子来了，还能把这些粒子聚焦成像。

当把大气层当作是介子的时候，闪光就发生在大气层中，只要研究这些闪光的性质，就可以知道是什么粒子来了，这就是切伦科夫望远镜，它观测的是大气闪光。

世界上最大的切伦科夫望远镜

切伦科夫望远镜已经建造了很多，在这方面最有代表性的就是高能立体伽马射线望远镜。看上去它其实就是一台巨大的太阳灶，灶面并不是玻璃反光镜片，没有镜片那么高的精度，但是原理是一样的。它可以观察到大气层中的闪光，并把闪光汇聚起来。它的反光镜面直径达到28米，由875块六角形镜面构成，组成一个大的反光面。加上其它辅助设备总重量达到600吨，2012年7月投入使用。

在镜面的焦点位置，设置有大型照相机系统，重量达到了三吨，位于主镜面36米高的焦平面中，大约有20层楼那么高。时刻警惕着准备观察大气层的闪光，给进入地球大气层的高能伽马射线粒子留下一幅照片。

当伽马高能光子进入地球大气后，它与气体分子相撞，转化为正负电子对，这样产生的电子对进一步与大气相互作用，由此引发大气中的粒子一级一级地相互撞击，直到次级粒子能量过低不能引起新的反应为止，整个过程会有成千上万个粒子产生，这些闪光就会被望远镜的照相机观察记录下来。照相机具有极高的灵敏性，可以快速响应、瞬时成像，可以对天空中任意位置出现的伽马射线爆发做出反应。

直径28米的镜面仅仅是它的第二期工程，它还有另外四台小型12米直径的望远镜构成一个庞大的系统，另外四台望远镜位于它的周围，当大气层发射闪光的时候，由于所处的角度不同，可以较全面的观测，而且会给出一幅立体图像。

伽马射线高能立体望远镜系统。

高能立体望远镜系统由德国、波兰、法国等多个国家参与建造，坐落在非洲的纳米比亚，主要观测南半球的天空。新型高能立体望远镜系统不但可以为科学家提供全球范围内最大的镜面，也可以前所未有的图像揭示出观测对象的详细信息。