γ射线的爆发

γ射线的爆发

大家对γ射线已经比较熟悉了，它实际上是高能的光子流。γ射线爆发是科学家们在20世纪60年代探测到的又一种壮观的宇宙景象。它是宇宙线中高能量的γ射线在极短的时间内突发性的大爆发过程，简称“γ射线爆”。这种爆发过程可以分为两个阶段：上升阶段与衰减阶段。爆发上升阶段的时间非常短，大约是0．2秒；然后逐渐减弱，总持续时间也不过几秒钟。当发生γ射线爆时，伴随着巨大能量的释放，一次γ射线爆发，辐射出来的γ射线总能量相当于10²⁰吨TNT炸药爆炸时释放出来的能量，这是一个非常巨大的数字。

最早发现γ射线爆的是美国设置在高空的“维拉”卫星。在1969年7月到1972年7月的3年中，4颗“维拉”系列卫星一共记录到16次γ射线爆。这些γ射线大爆发经历的时间长短不一，最短的只有几分之一秒，瞬间便消失了，而有的持续时间比较长，达几秒至几十秒。

1973年，科学家们记录到比较强的一次γ射线爆。这是一次异乎寻常的γ射线大爆发，它每秒钟向外喷发的能量，相当于太阳每秒钟辐射能量的1000万倍，而喷发能量的面积却只有太阳表面面积的百万分之一。这是人类发现γ射线爆以来非常强烈的一次，但还不是最强的。截止到目前，人们观测到最强的γ射线大爆发发生在1979年的3月5日。分布在太阳系中的9颗人造探测器，同时记录到了这次发生在大麦哲伦云的超级γ射线爆，尽管这次爆发的时间仅仅持续了0．12秒钟，但释放出来的能量，比1973年那一次要大10000倍；比太阳3000年中所辐射出来的能量还要多。这一事件在天文学界、物理学界，乃至整个科学界引起了极大的震憾，它吸引了众多的科学工作者开始关注和研究宇宙线中这一神奇的现象。

随着探测技术的进步，科学家们每年都会记录到大量的强弱不等的γ射线爆。美国康普顿γ射线探测器，自1991年进入太空后的5年中，探测到1700多次来源不同的γ射线爆。

这些γ射线爆到底来自何方呢？我们知道，γ射线是高能量的光子流，它以每秒钟30万千米的速度在空间传播。卫星中探测仪器记录到的γ射线爆的精确度，可以达到百分之几秒，因此卫星记录结果是可靠的。依据卫星所在的位置，以及记录的数据，人们断定：强辐射的γ射线爆不是来自太阳，而是发生于遥远的太空。

关于γ射线爆的发源地距离地球究竟有多远，科学家们有两种不同的看法。一种观点认为，γ射线爆来自距离地球比较近的银河系，通常称做近处起源；另一种观点则认为，γ射线爆起源于距离地球足够远的宇宙中。两种看法都有自己的依据，也都能够解释一些现象。究竟哪一种观点更接近于实际情况，还有待于科学家们今后深入的研究。

γ射线爆是怎样产生的呢？这也是人们感兴趣的问题。通过对1991～1995年探测到的1000多次γ射线爆的记录数据分析，人们发现，从来没有在同一个方向上观察到两次或两次以上的γ射线爆。这就是说，不论γ射线爆起源于银河系内，还是来自银河系之外更远的星系，同一个方向上只能出现一次γ射线爆。按照γ射线爆的这种特点，科学家们提出了一些γ射线爆产生的理论模型。

20世纪70年代末期，美国的纽曼等人在彗星碰撞理论的基础上，提出“小行星碰撞假说”，这是一种具有代表性的模型理论。一颗像太阳那样的恒星，演化到后期时就会变成一颗超新星，最后这颗恒星坍缩为一颗密度非常大的中子星。当中子星周围的小行星在强大的引力作用下与中子星发生碰撞，在剧烈的爆炸中，将释放出巨大的能量，形成γ射线爆。中子星经这一撞也从此消失。因此，在同一方向上就不可能冉出现第二次γ射线爆了。

进入20世纪90年代以后，小行星碰撞理论模型遇到了严峻的挑战。事情是这样的：1996年10月17日，康普顿γ射线探测卫星记录到一次持续时间长达100秒钟的γ射线爆。时隔15分钟以后，在同一个方向上又记录到一次γ射线爆，这次爆发时间只有0．9秒钟。过了两天，还是在这个方向上，又接连探测到两次γ射线爆：一次爆发的时间是30秒钟，另一次持续时间竟然长达750秒钟。这是康普顿γ射线探测器记录到的爆发时间最长的一次γ射线爆。

对于这样连续4次在同一方向上记录到的γ射线爆，运用小行星碰撞理论进行解释显然是行不通的。于是，科学家们众说不一。依据碰撞爆炸理论，这几次γ射线爆应当来自不同的源头，即不同的碰撞过程。它们重复出现在同一个方向，纯属于偶然的巧合。这种情况往往是由于某个星体，经过一次撞击后并没有消亡，而是经过第二次、第三次碰撞后才消失的。当然，这种可能性实在是太小了。

也有人指出，这四次接连发生的γ射线爆中，至少应有两次是来自同一个射线源。如果这种看法成立的话，那么，小行星碰撞引起中子星爆炸理论也将面临着新的难题。

γ射线爆的发现与探索，对于揭示天体和宇宙的秘密，探索星系的起源和演化等具有重要意义。因此，自20世纪70年代以来，这一领域的研究一直方兴未艾。我们深信，经过科学家们的不断努力和深入研究，γ射线爆之谜终将被揭开。

浩瀚宇宙，繁星似锦，天象横生，色彩斑斓。这幅壮丽的图画所发出的诱人光辉，一直吸引着人们神秘的遐想和深深的思索。从宇宙线的发现到今天，才只有短短的几十年的历史，然而人类在这个新开拓的科学领域却已取得累累硕果。人们不仅对宇宙线的组成、特性，以及穿过大气层发生的变化等问题有了比较清楚的认识，而且通过宇宙线的研究还极大地丰富了高能物理学、天体物理学和相关学科的研究内容，为它们提供了许多有价值的实验资料。借助于宇宙线这个“纽带”，科学家们把人类对极大的宏观世界和极小的微观世界的探索紧密地结合在一起，极大地丰富了人类对物质世界的认识。

在过去的几十年中，宇宙线的研究为现代科学的建立与发展发挥了重要的作用，立下了汗马功劳。但它的作用还远没有结束，随着探测仪器和探测手段的更新和完善，在今后的岁月中，字宙线研究的前景会更加迷人，它必将为发展现代科学技术再创辉煌。