费米伽玛射线太空望远镜
| GLAST | |
 2008年5月到达卡纳维拉尔角的费米伽玛射线太空望远镜卫星本体 | |
| 基本资料 | |
|---|---|
| NSSDC ID | 2008-029A |
| 组织机构 | NASA 美国能源部 德国、法国、意大利、日本、 瑞典政府机关 |
| 主要制造商 | 通用动力 |
| 发射日期 | 2008年6月11日 16:05 UTC |
| 发射地点 | 卡纳维拉尔角SLC17 |
| 发射载体 | Delta II 7920-H |
| 任务时长 | 已使用时间：16年零21日 |
| 质量 | 750 公斤 (1650 磅) |
| 轨道类型 | 近地轨道 轨道倾角28.5° |
| 轨道高度 | 550 公里 |
| 轨道周期 | 95 分钟 |
| 位置 | 低地球轨道 |
| 波段 | 伽马射线 |
| 仪器 | |
| LAT | 大面积望远镜 （Large Area Telescope） |
| GBM | 伽玛射线暴监视系统 （Gamma-ray Burst Monitor） |
| 网站 | fermi.gsfc.nasa.gov/ |
费米伽玛射线太空望远镜（英语：Fermi Gamma-ray Space Telescope，原名Gamma-ray Large Area Space Telescope, GLAST，大面积伽玛射线太空观察站）是在地球低轨道的伽马射线天文学太空观察站。此望远镜是用来进行大面积巡天以研究天文物理或宇宙论现象，如活动星系核、脉冲星、其他高能辐射来源和暗物质。另外，该卫星搭载的伽玛射线爆监视系统（Gamma-ray Burst Monitor, GBM）可用来研究伽玛射线暴[1]。
GLAST在格林尼治标准时间2008年6月11日16:05由Delta II 7920-H火箭发射。本任务是由美国国家航空航天局、美国能源部、德国、法国、意大利、日本、瑞典政府机关联合执行[2]。NASA宣布2008年8月2日公开征求GLAST一个可以“让大众注意与唤起对伽马射线天文学和高能天文学重视”的新名字[3]。
任务概要
GLAST有两项科学酬载：大面积望远镜（Large Area Telescope, LAT）和伽玛射线爆监视系统（Gamma-ray Burst Monitor, GBM）。大面积望远镜是可以侦测能量范围 30 MeV - 300 GeV 的伽玛射线成像侦测器（成对转换仪器），视野是全天20%；LAT是康普顿伽玛射线天文台搭载的高能伽玛射线试验望远镜的后继者。伽玛射线爆监视系统是使用14个闪烁器（其中12个是碘化钠晶体，侦测8keV至1MeV；另2个是锗酸铋晶体，侦测150keV至30MeV）的侦测器，可侦测全天空仪器能量范围所有伽玛射线爆，且不受地球阻挡。
通用动力资讯科技公司（前太空光谱有限公司，Spectrum Astro）在吉尔伯特的工厂设计卫星本体。该卫星将在低地球轨道以95分钟的周期环绕地球。卫星的运作模式将保持背对地球的方向，并且有“摇摆”运动以平衡全天空覆盖面积。所有仪器一天将扫过全天16次。望远镜可保持在一个被选定目标的方向。
科学仪器也接受了太空环境的测试，其中包含震动、真空、高温和低温以确定仪器在发射时和太空中产生的压力下仍能正常运作。这些仪器在通用动力资讯科技公司（前太空光谱有限公司，Spectrum Astro）在吉尔伯特的工厂装上卫星本体。
来自仪器的资料皆会公开在GLAST Science Support Center网站，且分析资料的计算机程序也将公开。有相关研究计划的科学家都可提出申请。
NASA总部科学部门的副主管阿兰·史坦（Alan Stern）在2008年2月7日至同年3月31日办了一个公开竞赛。该竞赛是要为GLAST卫星取新名字，目的是要“让大众注意GLAST任务与唤起对伽马射线天文学和高能天文物理学重视……为了纪念这个难忘的，引人注目的新天文学任务……要一个吸引人的名字，让大家都很简单讲这任务的名字，可以让这个任务成为餐桌上和课堂讨论的话题”[4]。
任务
NASA规划该任务五年时间，并预期能执行十年[6]。
GLAST的主要科学目的如下所述[7]：
- 了解活动星系核、中子星与超新星遗迹的粒子加速机制。
- 宇宙伽玛射线研究：了解未确定的伽玛射线来源和弥散辐射。
- 确定伽玛射线暴的高能状态与暂态。
- 寻找暗物质，例如银河系中心的伽玛射线超量研究；和早期宇宙研究。
- 研究太初微型黑洞(MBH)蒸发以确定伽玛射线暴和霍金辐射的关系。
美国国家科学院把该任务列为第一优先任务[8]。许多可能的新发现被预期在本任务中获得以增进我们对宇宙的认识：[8][9]
- 研究比之前任务更强数倍能量的伽玛射线暴以更加了解其机制。
- 研究较年轻，发射更高能辐射的银河系内中子星以扩展我们对恒星天文学的知识。研究中子星磁场产生的脉动辐射也许可以让我们了解中子星如何形成以及中子星如何产生粒子星际风。
- 进一步研究超新星遗迹是否造成星际次原子粒子加速。
- 提供新资料以改进银河系现有理论模型。
- 伽玛射线背景辐射[15]
- 如果伽玛射线暴的其中一个假设，因为暗物质的自我湮灭造成与星际物质反应的构想是不切实际的；那么更进一步研究伽玛射线背景辐射会出现在活动星系核或一般星系将会有潜力获得重大发现。
- 让我们能以更好的方式研究可见光和紫外线如何随时间改变。本任务也许能很容易发现到E=mc2这个公式在早期宇宙中如何反向运作：能量转变成质量。
- 寻找证据证明暗物质是由大质量弱相互作用粒子组成。一些互补的实验被预期在大型强子对撞机和其他地下的侦测器进行。这一领域被预期在未来数年可能会有大量新发现。
- 基础物理学[19]
- 改进物理学理论的建立，例如光是否在真空中保持速度不变，且与波长无关。阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论是这么认为，但量子力学和量子引力的预测却不是。寻找黑洞爆炸时产生的伽玛射线将会是潜在的将量子力学和广义相对论统一的一步。测定光子是否会如量子力学预测会分裂成更小的光子以及取得受控制的、人为的实验条件。
- 未知的发现[20]
- 科学家预期会有很高的可能性找到革命性的新发现。
任务状态
发射前
2008年3月4日望远镜到了Astrotech Corporation在泰特斯维尔的酬载处理中心[21]。2008年6月4日，在先前的数次延误后，发射时间最早确定在6月11日[22][23]，最后的延迟是因为必须要重置飞行终端系统的电池[24]。发射窗口延长到直到2008年8月7日每天 11:45 a.m. until 1:40 p.m. EDT (15:45-17:40 GMT)[24]。
发射
GLAST在当地时间2008年6月11日16:05成功发射，75分钟后卫星与火箭分离。该卫星在卡纳维拉尔角空军基地17号航天发射复合体的 B 发射台以Delta 7920H-10C发射。
到达轨道
GLAST在高度550 km（340 mi）的近地轨道运行，轨道倾角28.5°[25]。
程式修正
GLAST的计算机程序在2008年6月23日进行了小幅度修正。
LAT/GBM电脑操作
卫星的电脑同时操作大面积望远镜（LAT）和伽玛射线爆监视系统（GBM），而大面积望远镜的大部分功能在2008年6月24日开启。大面积望远镜的高电压在2008年6月25日开启，可以开始侦测太空中高能粒子，但当时仍有些小幅校正在进行。同日伽玛射线爆监视系统的高电压也开启，但在寻找伽玛射线爆前仍需一星期进行测试与校正。
巡天模式
GLAST已于2008年6月26日切换到巡天模式开始进行巡天，每三小时（每两个轨道）可扫过整个天空一次。
发现
第一个主要发现是当望远镜找到 CTA 1 超新星遗迹内的中子星时发现该中子星只发射伽玛射线，此种形式中子星是第一次发现[26]。
这颗新发现的中子星以316.86毫秒的周期脉动，距离地球约4600光年[27]。
在2008年9月，在船底座发生的伽玛射线爆GRB 080916C被记录到。这次爆炸是以“被量测到最大能量”而著名[28]。这次爆炸能量相当于9000颗超新星爆炸，其相对论性喷射的运动速度至少有光速的99.9999%。总而言之，GRB 080916C有目前所见“最高的总能量，最快的运动，最高能量的初始辐射”[29]。
科学仪器
史丹佛线性加速器中心的国家加速器实验室的珍妮佛·卡森在概述了GLAST的仪器和目的以后，总结计划主要目标是能够进行全天空的巡天[30]。
伽玛射线爆监视系统
伽玛射线爆监视系统（Gamma-ray Burst Monitor, GBM）侦测由伽玛射线暴和太阳耀斑突然发出的伽玛射线闪光。闪烁器设置在卫星的侧面以避免视野被地球遮挡。这个设计对于时间和光子能量有良好的分辨率。
马歇尔太空飞行中心的Charles Meegan说：“伽玛射线暴因为相当明亮，使我们可以从数十亿光年以外看到；这也意味了伽玛射线爆是在数十亿年前爆发。而我们观察它们也就跟它们观察我们是一样的”[31]。
伽玛射线爆监视系统团队
美国研究单位
德国研究单位
- 马克斯-普朗克太空物理学研究所（Max Planck Institut für Extraterrestrische Physik）
大面积望远镜
大面积望远镜侦测个别伽玛射线光子，其原理类似地球上粒子加速器中的伽玛射线探测器。大面积望远镜包裹在反符合侦测器（anticoincidence detector，ACD）内，并且分成循迹器（tracker，TKR）与量热计（calorimeter，CAL）两个模组，前者侦测方向，后者侦测能量。循迹器采用一种测迹仪结构，分成许多层（tray），每一层包含一片钨制转换箔（conversion foil）和一组硅微条探测器（silicon-strip detectors，SSDs）。当光子通过转换箔的时候，可经由成对产生过程转换成电子－正子对，然后带电粒子通过微条探测器，透过电离硅原子产生电流脉冲讯号。微条探测器由x、y两平面组成，两者的微条排列方向互相垂直，分别侦测x座标和y座标[32]。之后，带电粒子进入最下方的量热计，先由碘化铯闪烁体转换成光子，再由PIN光电二极管读出。量热计也被制作成测迹仪形式，用以增加能量分辨率[33]。大面积望远镜的视野广达约20%的天空。影像分辨率在天文界属于中等水准；每数角分可侦测最高能量光子，而视野为3°时可侦测100 MeV。大面积望远镜比1990年代康普顿伽玛射线天文台搭载的高能伽玛射线试验望远镜（EGRET）更大且更成功。数个国家参与制造了大面积望远镜的一部分组件，之后各组件送至SLAC国家加速器实验室组装。
大面积望远镜团队
- 美国
- 史丹佛大学物理系GLAST团队和汉生实验物理实验室
- SLAC 国家加速器实验室粒子天文物理团队
- 戈达德太空飞行中心天文物理部门
- 美国海军研究实验室高能太空环境（High Energy Space Environment, HESE）部门
- 俄亥俄州立大学物理系
- 圣塔克鲁兹加利福尼亚大学物理系与粒子物理研究所
- 索诺马州立大学物理与天文系
- 华盛顿大学
- 德州农工大学金士维尔分校
日本研究单位
意大利研究单位
- 意大利国家核物理研究所 (INFN)
- 意大利太空局
- Istituto di Fisica Cosmica, Milano, CNR
- 巴里大学
- 帕多瓦大学
- 佩鲁贾大学
- 比萨大学
- 罗马第二大学
- 第里雅斯特大学
- 乌迪内大学
法国研究单位
- 法国原子能委员会
- 法国国家太空研究中心
- 法国国家核子物理暨粒子物理研究所、IN2P3
- 巴黎综合理工学院勒普兰斯－林盖实验室
- 波尔多格兰纳迪尔核研究中心
- 理论物理学与粒子天文物理实验室，蒙彼利埃
瑞典研究单位
教育与大众推广
教育与大众推广在GLAST计划中占有重要地位。主要的教育与推广网站在：[1]。该网站提供了让学生、教育人员、科学家和一般大众取得资源的途径。NASA的教育与大众推广团队（NASA Education and Public Outreach Group, E/PO）在索诺马州立大学管理GLAST教育与大众推广资源。
参考资料
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- ^ An Astro-Particle Physics Partnership Exploring the High Energy Universe - List of funders. SLAC. [2007-08-09]. （原始内容存档于2012-03-14）.
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- ^ The Mission. SLAC. [2007-08-09]. （原始内容存档于2007-06-30）.
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- ^ See also Nasa - Fermi Science （页面存档备份，存于互联网档案馆） and NASA - Scientists Predict Major Discoveries for GLAST （页面存档备份，存于互联网档案馆）.
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- ^ The Fermi LAT and Fermi GBM Collaborations. Fermi Observations of High-Energy Gamma-Ray Emission from GRB 080916C. Science. 2009, 323 (922): 1688–1693. doi:10.1126/science.1169101.
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- ^ Atwood, W.B.; Bagagli, R. Design and initial tests of the Tracker-converter of the Gamma-ray Large Area Space Telescope. Astroparticle Physics. 2007, 28: 422–434. ISSN 0927-6505. doi:10.1016/j.astropartphys.2007.08.010 （英语）.
- ^ Sgrò, C. The Calorimeter of the Fermi Large Area Telescope. International Conference on Calorimetry for High Energy Frontiers (CHEF 2013). 2013 [2024-02-18]. （原始内容存档于2024-02-18） （英语）.
外部链接
- NASA website for GLAST （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- GLAST Mission Profileby NASA's Solar System Exploration（页面存档备份，存于互联网档案馆）
- Stanford University GLAST website (LAT) （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- Sonoma State University GLAST website
- NASA Education and Public Outreach Group at Sonoma State University
- GBM website at Marshall Space Flight Center （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- GLAST public outreach and education website （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- GLAST Science Support Center （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- "GLAST into space" article in symmetry magazine
- "Window on the Extreme Universe" article in Scientific American, December 2007 issue. Note: full article on website requires subscription. （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- List of published papers based on LAT data （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- "New kind of pulsar discovered" in Cosmos Online（页面存档备份，存于互联网档案馆）
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