费米伽玛射线空间望远镜
（《新发现》的专栏，勿转）
科学文明史上最重要的发明之一是望远镜，伽利略用望远镜发现了月亮上的环形山，发现了土星环。21世纪之前，人类将望远镜越造越大，看得也就越来越远，我们不仅看到了银河系中更多的天体，我们还发现在银河系之外还有更大的空间，有更多的星系，存在更多难以想象的不同的天体。中国正在建造的LAMOST将可以观测到上千万个星系。
人们在上个世纪建造了超出可见光波段范围的望远镜，先是在三十年代造出射电望远镜（频率低于可见光），然后在六十年代造出X射线望远镜（频率高于可见光），这些望远镜发现了更多的不同的天体。射电望远镜还帮助我们看到了宇宙微波背景辐射，从而提供了一个支持宇宙大爆炸最重要的证据。从X射线开始的更短波长的电磁波容易为大气吸收，必须借助人造卫星将探测器送到太空我们才能接收到天体发射出的射线。
最年轻的望远镜是伽玛射线望远镜。伽玛射线光子所携带的能量大于X射线的光子能量，范围是十万电子伏特以上，波长是百分之一纳米以下。美国在60年代发射的Vela卫星本来用于监视苏联的核试验，结果苏联人很老实，没有违反1963年和美国签订的部分禁止核爆的条约，Vela没有看到核爆，倒是看到了来自银河系外的伽玛暴。伽玛暴可以说是目前为止发射功率最大的天体，一颗伽玛暴大约在数秒之内将相当于整个太阳的质量完全转化为伽玛射线，除了宇宙大爆炸本身，伽玛暴是我们能看到的最强的爆发。一般认为，伽玛暴产生于重恒星死亡之后形成的黑洞。如果恒星很重，在燃烧完之前恒星的中心部分形成黑洞，黑洞之外形成吸积盘。旋转的吸积盘中的物质在被黑洞吞食的时候将两个喷注沿着旋转轴甩出来，产生速度接近光速的激波。当激波跑出恒星之外，就能形成伽玛射线。
在太空中，只有部分伽玛射线来自于伽玛暴。当带电的宇宙线轰击星际中的气体时，也会产生伽玛射线，宇宙线轰击产生的高能光子使得银河系的平面产生一个伽玛射线亮带。另外，脉冲星和活动星系的中心也会辐射伽玛射线。人们期待，充满宇宙间的暗物质粒子相互湮灭时同样会产生高能光子即伽玛射线。
前段时间，美国有一个专门用于探测伽玛暴的卫星天文台，叫做康普顿伽玛射线天文台。我们知道，美国的另一个著名的空间天文台是哈勃望远镜，康普顿天文台是继哈勃望远镜美国发射的另一个大型空间天文台。康普顿同学生前研究伽玛射线很有心得，所以这颗卫星以他命名。康普顿平均每天看到一颗伽玛暴。康普顿天文台在2000年六月完成使命返回地球。
从各方面来看，康普顿天文台的所能完成的科学任务极为有限，所以，从93年开始，美国航天局和能源部以及欧洲和日本的一些部门合作，计划发射一台能力更强的伽玛射线望远镜，这台望远镜的全称是伽玛射线大视场太空望远镜（Gamma-ray Large Area Space Telescope），简写为GLAST，经过整整十五年的准备，这台望远镜终于在今年6月11号被发射上天。GLAST每95分钟绕地球一周。说GLAST是望远镜其实并不准确，因为这颗天文卫星携带两台探测器，一台叫LAT，即大视场望远镜，能观测到光子的最高能量达到3千亿电子伏特，是康普顿望远镜的10倍。另一台叫GBM，即GLAST爆发监测器，这台探测器能够探测到的光子的能量要低得多，它的主要任务是探测伽玛暴。
GLAST的科学任务主要有三个：第一是揭开活动星系核、脉冲星和超新星加速粒子的机制，不论是活动星系核还是超新星都可能涉及到黑洞吞噬物质并吐出巨大的能量；第二是确定伽玛暴产生巨大能量的机制；第三是探测暗物质粒子，因为当暗物质粒子碰撞湮灭时，产生与这些粒子质量相当的光子。所以，这些高能光子的能量的确定将帮助我们确定暗物质粒子的质量。我们知道，宇宙中所有的能量绝大部分贮存在暗能量和暗物质之中，前者占宇宙能量的百分之七十五左右，后者占百分之二十左右。
其实，GLAST对伽玛暴的研究也许能够帮助我们研究暗能量的本质，不仅仅是暗物质。暗能量产生斥力，使得宇宙膨胀的速度越来越快。十年前，宇宙学家借助超新星发现了宇宙加速膨胀，但超新星有很大的局限，一来我们能够观测到的数目不够多，二来它们还不是最远的天体。为了更加精确地确定宇宙膨胀的历史和现在的加速度，我们需要更多和更远的天体，而许多伽玛暴恰恰是这样的天体。所以，我们期待GLAST在观测伽玛暴的同时能够更加精确地确定宇宙的膨胀历史。
在运行仅仅两个多月后，GLAST已经获得了很好的科学数据。美国能源部和航天局在8月26号联合举行了新闻发布会，公布了部分结果。例如，他们公布了一张伽玛射线全天图（上图），这张图仅仅是95个小时的观测结果，而过去的康普图天文台需要数年的时间才能绘制一张类似的图。这张图显示，和预计的一样，在银河系平面上有一条伽玛射线亮带。此外，还有四个亮点，其中三个是已知的脉冲星，第四个亮点是一个活动星系，距离我们有71亿光年那么远。在这个新闻发布会上，GLAST被重新命名为费米伽玛射线空间望远镜，以纪念首先提出宇宙线加速机制的物理学家费米。
科学松鼠会三篇相关文章：
2008年8月30日 8:23:09
16楼的转贴让我很有感触。
如果高考无论文科理科都不考物理化学，对于整个国家整个民族的未来将会产生灾难性的影响。毕竟大学里面主要培养理工科人才，他们是未来建设的工程师和科学家。如果高考不考理化，学生们的理化基础必定几乎等于没有学过，不会象过去那样为了应付高考进行大量训练。这样一来，高中生进入大学之后，大学的理工科教育将不得不从高中理化基础开始，只有打牢了这个基础，后面才能顺理成章。
在我们这种社会体制下，外行管内行现象比较严重，而且很容易出现用人腐败现象，这对国家的破坏性影响是长远的。
2008年8月30日 8:37:03
补充几句：
对于个人而言，民主体制是维护每个合法公民正当利益的保证，是维护社会公平正义的保证；对于一个国家而言，民主是科学治国的保证，是法制治国的保证。
只有通过民主决策，才可能尽量给出科学的方针策略，避免走错路走弯路。而且一旦发现出错，民主体制下更容易纠错。而在人类仅剩的尚未进化完成的体制下，往往人人都知道错了却长期得不到纠正，有时就仅仅为了维护权贵们的一己私利。
只有在民主体制下，才会尽可能让德才兼备的人竞争上岗，充分地实现优胜劣汰（而不是咱们官场的逆淘汰现象），让有能力的内行人管理这个社会。尽可能让每个人凭能力凭真本事吃饭，人尽其才，而不是靠关系背景和歪门邪道发家，这样才不会浪费人才智力资源，不会让不学无术品德败坏的人长期占据关键位置，有利于社会快速健康发展，对一个国家一个民族的富强崛起有着重大意义。
2008年8月30日 9:26:44
lal:
Hi,你是研究闪烁晶体的么？我搞闪烁晶体很长时间了，认识一下。
My email: shs1975@126.com
2008年8月30日 12:40:16
回16楼：如果高考不考物理、化学，我为周妓感到悲哀。这厮不知道成天搞什么。英语，英语，英语，有啥好学的，工具而已，够用就行。
社会前进的力量应该是科技，而不是什么语言吧。
（对不起，李老师；我愤怒几句；谢谢）
2008年8月30日 14:04:56
Jhp：
欢迎。
lal:
谢谢你的解释。
2008年8月30日 15:02:31
有来有去 ：
我做数据分析的，探测器是以前学过的。
2008年8月30日 22:26:07
李老师，您好！您觉得修双学位好不好啊？能真正学到东西吗？我所在的核学院本来就有很多课（特别喜欢啦），又想学应用心理学（也挺喜欢的）作为第二学位，要分散很大经历。我行为有点懒散，但能集中精力做一件事，修双学位会影响本专业的学习吗？恳请老师给个建议，感激不尽啊！
2008年8月30日 22:36:27
雪莹：
我对双学位真的没有经验，如果你想学心理学，那就学吧。
2008年8月31日 0:41:19
lal：
多谢关于探测器的科普！
2008年8月31日 3:07:04
雪莹 ：
心理学，为了兴趣，我建议学，只要有精力；
为了学位，我建议放弃，鸡肋。
2008年8月31日 6:47:10
物理：在黑屋子里找一只黑猫，且猫确实存在。
哲学：在黑屋子里找一只黑猫，而猫并不存在。
心理学：在黑屋子里找一只黑猫，而猫并不存在，但是却找到了。
这是从一个心理学专业的同学那里听到的
2008年8月31日 14:11:26
李老师，有个问题我一直不太明白，请赐教啊。量子力学包括后来发展起来的量子场论和Einstein广义相对论有本质的不可调和的矛盾，我确实搞不懂为什么广义相对论和量子论为什么不相容呢，或者说他们不相容合到底表现在哪里呢？
2008年8月31日 15:30:11
我想问lal老师 陀螺仪的工作原理是什么
2008年8月31日 15:35:11
多谢李老师和lal老师，我知道该怎么做啦！
2008年8月31日 15:55:59
哈哈，俺现在认识到：只有搞实验方面的科普，才可以让自然科学的‘李教授’干掉人文历史的‘易教授’(只是打个比方，两个教授是我们都需要的
，搞理论是不行的，太小众，大众更关心‘自然现象的原理’，对作为‘现象解释’而来的‘理论’是不大感兴趣的，也没人愿意花心思去‘理解’，那个要求太高，朝闻道夕就愿意去死的傻冒必定太少 
2008年8月31日 15:57:32
ARUAN and 雪莹 :
你可以按照李老师的做法叫我lala同学。
ARUAN：
陀螺仪我只在大一学力学时见过一次，印象不深了，太久了。应该是利用角动量守恒来确定坐标的飞行辅助装置。不知道我们说的是否是一个东西。
2008年8月31日 16:43:36
泛海森堡：
现代意义下的量子场论不是和广义相对论不调和，而是在高能区域参数太多（不可重正的反映），这样在高能区域就没有预言。
xexz：
干掉易教授是不可能的，但实验的确比理论的受众更加多些。
2008年9月1日 9:26:50
泛海森堡：
是否允许我尝试回答你的问题。
量子场论和广义相对论不调和的地方可能是
量子力学假定时间是均匀的，任何一点都有一个一样的时钟，
简单的说，就是比如中国的时钟和美国的时钟都是一单位时间间隔60秒
而广义相对论说，时间是不均匀的，
太阳表面的时钟和地球表面的时钟是不同的
比如，如果定义太阳的一单位时间间隔是x秒，而地球表面的一单位时间间隔是60秒的话，那么x比60大得多。
也就是古人说的天上一秒钟，地上已千年。
见这里
量子场论和广义相对论不调和另一个的地方
可能是
量子场论允许超光速传递暗信号，而广义相对论不允许超光速传递光信号。
想象一下只有允许超光速传递暗信号才能同步各个位置的时钟，使他们的任何的一个的一单位时间的间隔变大的同时，超距的同步其他所有处于同样引力势的所有时钟的时间间隔。
最后结论是，量子论是研究暗物质的理论，而相对论是研究光物质的理论，就像中国古代的太极图，暗物质是阴，光物质是阳。
两者互补，于是按照玻尔的互补原理，任何一方的知识的获取都会影响另一方知识的获取，所以任何尝试统一两者的知识都会最终导致另外两个互补的知识。
比如，量子引力产生圈量子和弦量子两者，弦量子然后产生m2弦和m5弦两者。
这就好像用放大镜看太极图出现的结果，如果查看太极图的鱼眼，你会看见一个新的有两个部分的太极图，然后以至无穷。
2008年9月1日 15:07:18
“比如，如果定义太阳的一单位时间间隔是x秒，而地球表面的一单位时间间隔是60秒的话，那么x比60大得多。”
错了。太阳的引力场是相当弱的，广义相对论预言的时间膨胀效应也相当小，和地球差不了太多。
只有在中子星或者黑洞附近，才会有明显的时间膨胀效应。
2008年11月3日 10:28:10
李老师您好,很欣赏您博客中的内容,想跟您聊聊博客合作的事情.我的联系方式qq:104483706 msn :ROMANQQ@HOTMAIL.COM