康普顿太空望远镜，本文主要内容关键词为：望远镜论文,太空论文,普顿论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
今年6月4日，美国康普顿γ射线太空望远镜对宇宙进行了9 年多的观测之后，在人工控制下坠落太平洋。这是美国宇航局第一次有计划有控制地使1颗人造地球卫星坠毁，从而引起了人们的兴趣。
把天文望远镜和其它天文航天器送到地球稠密大气层以外的太空对宇宙进行观测，改变了人类长期以来坐地观天的方式，促成了空间天文学的诞生。太空望远镜避免了空气扰动对星像清晰度的影响、大气的折光和色散作用对天体面目的歪曲、大气层吸收某些光线而失去一些重要资料、一定波段的无线电波不能穿透大气层而无法到达地面、城市灯光使暗弱天体观测不到，以及地球引力作用会使地面望远镜变形等缺陷，实现了对宇宙天体整个电磁波段的观测，因而意义重大。作为崭新的学科，空间天文学主要利用γ射线、X射线、紫外线和红外线4种波段观测宇宙，并已发展成为当代科技的重要前沿。美国宇航局制定的大天文台系列天文观测计划，就是以这4个波段为特征，安排研制和发射了4座太空望远镜。康普顿γ射线太空望远镜就是其中的1座。
从发射升空的时间顺序来说，4 座太空镜中最早部署的是探测波段为紫外线和可见光的哈勃太空望远镜。它运行在距地面607 公里高的轨道上，是1990年4月24日由发现号航天飞机携带上天施放入轨的。 作为第二座太空镜，康普顿γ射线太空望远镜发射升空的时间比哈勃镜整整晚了1年。第三座太空镜是钱德拉X射线太空望远镜。它是1999年7 月23日由哥伦比亚号航天飞机运载升空撒放后，又经启动上面的火箭和镜箭一体化推进系统第三级，才于同年8月7日进入预定的远地点14万公里、近地点1万公里的大椭圆轨道运行的。 第四座太空镜是红外线太空望远镜，计划于2001年进行发射。这4座太空镜所使用的探测波段， 将覆盖宇宙中整个电磁波范围。
被送入太空环境下工作的望远镜，其制造要求比地面望远镜要高得多。它的镜面要非常光洁，机械和其它测试设备要有足够的强度和刚度，本身还要携带精密的遥控装置，又要尽量减轻总体重量，因此是一项各种科学技术和理论研究的综合性成果，是一颗大型人造卫星。康普顿γ射线太空望远镜尽管是3座升空太空镜中造价最低的一个， 但也耗资6亿美元，由此不难想见其研制的困难程度。工作在距地面490公里高的轨道上的康普顿γ射线太空望远镜，是1991年4月5日由亚特兰蒂斯号航天飞机携空释放入轨的。它总重17吨，长9米，直径4.5米，配有可改变指向的闪烁谱仪、成像康普顿望远镜、高能γ射线望远镜、爆发源和暂现源观测仪共4组探测器，具有很高的灵敏度。 康普顿γ射线太空望远镜又称康普顿γ射线天文台CGRO。它虽在能量跨度上的灵敏度和时间分辨率等方面都有量级的提高，但在能量分辨率和时间分辨率方面提高不多，这正是下一步实施的新探测方案中需要研究改进之处。
光子能量高于百万电子伏的γ射线，位于电磁辐射能谱的最高端，是波长最短、能量最高的一种电磁波。由于γ射线是由天体非热的核过程和高能过程产生的，故而探测γ射线是了解高能天体上各种放射性元素组成的重要途径，对谱线的宽度和红移的测量则可以提供天体的运动、温度和引力场等物理条件的信息。γ射线谱线观测是γ射线天文学的重要部分。γ射线天文学这一概念的提出虽然早于X射线天文学， 但其进展却远远落后于后者。这是因为γ射线流量极低，仪器背景辐射很高，使其探测技术困难较大。但是，γ射线的谱线具有较大的物质贯穿力，能提供宇宙中具体的核过程信息，使人类能够探测更为遥远的宇宙深处，从而促使科学家一直在这方面作出努力，发射CGRO就是γ射线天文学上的重要举措。
γ射线天文学研究对象中，最引人注目的现象是宇宙γ射线爆发。所谓γ射线爆发，是指自然界中γ射线在短时间内集中爆发的现象。 1962 年人类通过实验测量首次观测到宇宙起源的γ射线--γ射线宇宙弥漫背景辐射。1967年美国监测核爆炸的“维拉”卫星观测到来自银盘的γ射线辐射，且以银心方向为最强，被认为是宇宙线和星际气体相互作用所产生，从而成为最早被观测到的与核过程有关的宇宙γ射线。典型的γ射线源的爆发猛烈而又短暂，延续时间仅为数秒。到80年代初，已发现宇宙γ射线源20多个，其中有些是脉冲星，有的是河外类星体和塞佛特星系。CGRO升空后，为探测γ射线爆发做出了新的贡献。
以美国物理学家康普顿的名字命名的CGRO，上天工作后很快就探测到宇宙各处的800多起γ射线爆发， 并初步判断它们都是在银河系外发生的。1996年4月意大利与荷兰联合发射的贝洛萨克斯卫星，与CGRO 共同探测γ射线爆发，再与哈勃太空望远镜和地面夏威夷10米口径凯克望远镜相配合，测出了一些γ射线爆发源头的距离。例如1997年5月8日测到的位于鹿豹星座的一起γ射线爆发，远在80亿光年处；同年12月14日测到的另一起位于大熊星座的γ射线爆发，距离竟达135亿光年。 这后一起的γ射线爆发在50秒内释放的能量等于整个银河系200 年辐射的能量，相当于建成后的长江三峡水电站持续发电1万亿亿亿年的能量。 直至坠毁前，CGRO一直为探寻宇宙奥秘提供线索，它向地球发回的γ射线数据帮助科学家找到了400多个新的γ射线源。
自1967年至1999年，科学家利用卫星和康普顿太空镜以及其它手段相配合，已观测到近3000起γ射线爆发。它们广泛分布在遥远的宇宙深处，有极高的能量汇集在很小的体积内，在很短的时间里以一种效率极高的方式大规模地释放能量。其本质及能源机制问题至今还没有找到明确的答案。已经提出的可能的解释有：中子星与中子星的火拼，中子星与黑洞的碰撞，超大质量恒星临死前的猛烈爆发，星系核中巨型黑洞发动机的突然点火等等。也有人猜测为正反物质的湮灭和微型黑洞的爆炸。
去年12月，CGRO上起定位作用的两个陀螺仪中的一个因故失灵。美国宇航局认为，单纯依靠另一个陀螺仪风险太大，故于今年3 月决定用人工控制的办法在夏季使其坠毁。根据推算，如果不采取这一断然措施，CGRO还会在距地面数百公里高的轨道上漂流11年时间，那将会造成它上面更多的装置失灵，以至地面人员无法对其进行控制，最终它将漫无目的地撞击地球，会给地面带来危害。在地面工程师发出的遥控指令的指挥下，康普顿γ射线太空望远镜上的“目杀”火箭被点燃，使镜体从空间轨道上分4个阶段下降，在距离地面84公里的高度开始分裂。 在加速返回稠密大气层的过程中，望远镜与空气摩擦产生的热量使之部分物质化为气体，部分耐高温金属材料碎片于美国东部时间6月4日早晨7 时至8时散落到夏威夷东南约4000公里的预定海域。大约有6吨重的金属碎片落回地球。这些碎片有的重达千克，有的轻如小石块。
γ射线爆发是当今高能天体物理学中最富神秘色彩的现象之一，也是恒星、星系和宇宙学研究的焦点问题之一。CGRO陨落之后，欧、美、俄还将联合研制发射新一代的γ射线空间天文台INTEGRAL，继续探测人类感兴趣的γ射线爆发。