伽瑪射線暴

2008年3月19日，美國(guó)宇航局的“雨燕”衛(wèi)星探測(cè)到4個(gè)伽瑪射線暴（英文簡(jiǎn)稱(chēng)GRB），其中一個(gè)被稱(chēng)為“GRB 080319b”的伽瑪射線暴發(fā)生在牧夫星座方向，距離地球有75億光年之遙，但余輝卻十分明亮，僅憑肉眼就能看得很清楚。伽瑪射線暴是什么？其巨大的爆發(fā)能量從何而來(lái)？其明亮的余輝意味著什么？這種爆發(fā)對(duì)地球和人類(lèi)有沒(méi)有影響？請(qǐng)聽(tīng)專(zhuān)家為我們講述神秘的伽瑪射線暴的來(lái)龍去脈。

它帶我們回從前

2008年3月19日的伽瑪射線暴，是在北京時(shí)間當(dāng)天14時(shí)10分觀測(cè)到的，前后持續(xù)了3分鐘。爆發(fā)結(jié)束后，在X射線、紫外線和可見(jiàn)光等長(zhǎng)波段都出現(xiàn)了明亮的余輝，余輝的光度達(dá)到5.3等（“等”是天文學(xué)上的亮度單位），就像一只明亮的宇宙探照燈照耀著天空，肉眼也能看見(jiàn)。當(dāng)時(shí)，部署在地球周?chē)娜嗽煨l(wèi)星和許多地面天文臺(tái)都觀測(cè)到了這一壯觀的天象奇觀，并為科學(xué)家提供了一幅此前未曾記錄過(guò)的最詳細(xì)的伽瑪射線爆發(fā)圖。

美國(guó)宇航局的“雨燕”衛(wèi)星也觀測(cè)到了這次爆發(fā)。實(shí)際上，它本身就是被用來(lái)尋找宇宙中的異常爆發(fā)的。它對(duì)GRB 080319b的觀測(cè)取得了巨大成功。在地面上，科學(xué)家也進(jìn)行了有效的觀測(cè)，例如美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)觀測(cè)組在爆發(fā)前30分鐘就開(kāi)始觀測(cè)，爆發(fā)后幾個(gè)月還在跟蹤測(cè)量。他們的觀測(cè)表明，這次爆發(fā)以99.9995％的光速直接向地球噴射物質(zhì)，這是何等驚人的速度啊——幾乎等于光速！天文學(xué)上把這種噴射叫做“噴流”。

GRB 080319b的噴流異常明亮，在黑暗的天空里用肉眼就能看到。天文學(xué)家還利用兩架地面大型望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)了GRB 080319b的余輝，得到了它的紅移為0.94。紅移表示遙遠(yuǎn)天體的距離，按照哈勃定律，0.94的紅移相當(dāng)于距離地球75億光年（1光年是指光線在1年時(shí)間里走過(guò)的距離）。換句話說(shuō)，“雨燕”衛(wèi)星看到了天體在75億年前發(fā)射的光線！如果這些光線中隱藏了當(dāng)年的信息，那么我們不用穿過(guò)時(shí)光隧道，不用通過(guò)廣義相對(duì)論描述的蠕蟲(chóng)洞，只需利用伽瑪射線暴的輻射，就能“倒轉(zhuǎn)”歷史，回到古老時(shí)代，觀看幾十億年前天體演化的歷史場(chǎng)面。這是多么神奇的事情！

75億光年，意味著GRB 080319b到地球的距離是多么遙遠(yuǎn)——就連速度高達(dá)每秒30萬(wàn)千米的光線也要走75億年才能到達(dá)！1光年相當(dāng)于9.46萬(wàn)億千米，75億光年也就是75億個(gè)9.46萬(wàn)億千米，如此遙遠(yuǎn)的距離真是令人難以想象！根據(jù)最近測(cè)量，宇宙的半徑約為137億光年，也就是說(shuō)，GRB 080319b位于半個(gè)宇宙半徑的地方，利用它的余輝，我們就能看到半個(gè)宇宙的情況，這當(dāng)然是很奇妙的。

GRB 080319b的余輝具有1萬(wàn)億個(gè)太陽(yáng)的光度，就像1萬(wàn)億個(gè)太陽(yáng)的光芒在75億光年遠(yuǎn)的地方照耀地球。而在我們頭頂上空，幸虧只有1個(gè)太陽(yáng)，要是十日齊出，地球會(huì)成什么樣子呢？一定會(huì)像熊熊烈火在燃燒，泥土燒紅，草木枯焦，田園荒蕪，萬(wàn)物毀盡，生命不復(fù)存在！好在GRB 080319b不是發(fā)生在太陽(yáng)與地球之間的距離上，也不是發(fā)生在銀河系內(nèi)，而是發(fā)生在離我們75億光年的地方。如此遙遠(yuǎn)的距離，光線在傳播過(guò)程中能量逐漸減少，到達(dá)地球時(shí)絕大部分能量已耗散掉。

天文學(xué)家至今還在分析這次伽瑪射線暴，他們目前仍不清楚的是這次爆發(fā)及其余輝究竟為什么會(huì)這么明亮?？赡芘c它的爆發(fā)能量比別的爆發(fā)大有關(guān)，也可能與產(chǎn)生爆發(fā)的恒星或其噴流的質(zhì)量、旋轉(zhuǎn)或磁場(chǎng)有關(guān)，當(dāng)然也不排除能量集中在一個(gè)直接瞄準(zhǔn)地球的狹窄噴流內(nèi)的可能性。另一方面，伽瑪射線暴是宇宙中除宇宙大爆炸外光度最大的爆炸，它們大多數(shù)發(fā)生在大質(zhì)量恒星核燃料消耗殆盡、恒星核心坍縮成為黑洞或中子星的時(shí)候。坍縮推動(dòng)很強(qiáng)的氣體向外噴射，這些噴射物沖擊坍縮星，將物質(zhì)和成束的輻射帶進(jìn)空間，形成噴流。在指向地球的噴流物質(zhì)中，能量大的集中在圓錐角為0.4度的主光束內(nèi)；能量稍低的則分布在圓錐角為16度的次光束內(nèi)。由于主光束內(nèi)噴流物質(zhì)含有較高的能量，所以就像探照燈，使我們能夠看到異常明亮的爆發(fā)。

除GRB 080319b外，許多觀測(cè)者同時(shí)還觀測(cè)到了距離這次爆發(fā)10度的另一個(gè)爆發(fā)余輝，俄羅斯-意大利聯(lián)合觀測(cè)組還拍攝到了爆發(fā)早期的影像，從而可以讓我們看到爆發(fā)早期伽瑪射線暴的極詳細(xì)圖像。綜合分析這些影像資料和其他觀測(cè)結(jié)果，就有可能揭示GRB 080319b異常明亮的原因。

它是一把雙刃劍

GRB 080319b是在伽瑪射線波段發(fā)生的爆發(fā)。那么，伽瑪射線是什么呢？

伽瑪射線是電磁波的一種。它就像在天空傳播的無(wú)線電波和眼睛看得見(jiàn)的可見(jiàn)光一樣，是電磁波“家族”的成員之一。按照麥克斯韋公式，電磁波是個(gè)“大家族”，無(wú)線電波、毫米波和亞毫米波（又叫微波）、紅外光、可見(jiàn)光、紫外線、X射線和伽瑪射線都是這個(gè)“家族”的成員。各種電磁波依波長(zhǎng)或頻率排列在一起，稱(chēng)為電磁波譜。在寬廣的電磁波譜內(nèi)，只有一小部分可見(jiàn)光是人類(lèi)肉眼看得見(jiàn)的。波長(zhǎng)比可見(jiàn)光長(zhǎng)、頻率比可見(jiàn)光低的無(wú)線電波、微波、紅外光，以及波長(zhǎng)比可見(jiàn)光短、頻率比可見(jiàn)光高的紫外線、X射線和伽瑪射線，都是肉眼看不見(jiàn)的，稱(chēng)為“不可見(jiàn)光線”。 一般稱(chēng)100Kev（ev即電子伏特，是能量單位，1ev相當(dāng)于1千億億分之1.6焦耳，K代表1000）以上的電磁輻射為伽瑪射線。伽瑪射線是波長(zhǎng)最短、頻率和光子能量最高的不可見(jiàn)光線。

在光譜上，伽瑪射線和X射線位于不同區(qū)域，以 100Kev為界，但其界限是不嚴(yán)格的。實(shí)際上，兩者的區(qū)別不在于能量的不同，而在于輻射過(guò)程的差異。宇宙伽瑪射線產(chǎn)生于亞原子粒子的相互作用。根據(jù)產(chǎn)生的方式不同，生成的伽瑪射線能量也不同。根據(jù)能量的高低，宇宙伽瑪射線被分成三部分。其中，能量在100Kev～10Mev 之間的，稱(chēng)為低能和中能伽瑪射線；能量在10Mev～100Gev之間的，稱(chēng)為高能伽瑪射線；能量在100Gev 以上的，稱(chēng)為甚高能或超高能伽瑪射線。Kev、Mev 和Gev分別表示“千電子伏”、“兆電子伏”和“京電子伏”，它們之間的關(guān)系是：1Kev＝1000ev， 1Mev＝1000Kev，1Gev＝1000 Mev。

伽瑪射線的一個(gè)重要性質(zhì)是穿透力強(qiáng)。它穿透紙張和木板猶如探囊取物，遇到鐵皮、鋼板也能穿越而過(guò)。這種特性使伽瑪射線在健康和安全檢查方面得到廣泛應(yīng)用。在此僅舉幾例。①在核醫(yī)學(xué)中，伽瑪輻射被用于診斷疾病，例如用伽瑪射線成像技術(shù)診斷癌癥擴(kuò)散和骨骼疾病。②在外科手術(shù)中，運(yùn)用伽瑪射線刀切除癌瘤。為了殺死癌細(xì)胞，手術(shù)中不只用一束伽瑪射線，而是用幾束伽瑪輻射從不同角度聚焦到腫瘤上。為了避免傷害周?chē)M織，幾束伽瑪射線都聚焦到一點(diǎn)。③用發(fā)射伽瑪射線的放射性同位素給癌癥病人進(jìn)行“放療”。④用伽瑪射線攝像機(jī)拍攝伽瑪射線的發(fā)射，做成放射性分布圖，用于診斷病情。這一技術(shù)也可用于大范圍環(huán)境狀況的診斷。⑤由于伽瑪輻射波長(zhǎng)很短，入射的伽瑪光子可以大量傷害活細(xì)胞，因此在“放療”中，可用伽瑪輻射來(lái)殺滅活的有機(jī)組織。這一特性還可用于：代替壓力鍋或化學(xué)藥品對(duì)醫(yī)療器械進(jìn)行消毒；除去食物中引起腐爛的霉菌；防止水果或蔬菜發(fā)芽并使之保持新鮮和美味。⑥伽瑪射線探測(cè)器可用來(lái)檢查集裝箱。此外，伽瑪射線能夠影響分子變化，因此可被用來(lái)處理有瑕疵的寶石，還可用于把白寶石變成藍(lán)寶石。

于無(wú)聲處聽(tīng)驚雷

在地面上，伽瑪射線有那么多奇妙的“特異功能”，那么在宇宙空間傳播過(guò)程中，伽瑪射線的情況又怎樣呢？

伽瑪射線不像粒子那樣攜帶電荷，因此在穿越磁場(chǎng)時(shí)不改變方向，不發(fā)生變化。也就是說(shuō)，天體輻射的伽瑪射線在通過(guò)浩瀚的星際空間后，依然能保存它原有的性質(zhì)，而正是這一點(diǎn)讓伽瑪射線在天文觀測(cè)中得到了廣泛應(yīng)用。伽瑪射線天文學(xué)是研究天體性質(zhì)和演化、探索宇宙神奇奧秘的重要窗口，是現(xiàn)代天文學(xué)不可缺少的觀測(cè)手段。目前，伽瑪射線天文學(xué)已成為當(dāng)代最富生命力的學(xué)科之一，在太陽(yáng)與太陽(yáng)系、銀河系與河外星系、正常星與特殊天體的研究中，發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。不過(guò)，由于伽瑪射線在通過(guò)地球大氣層時(shí)被嚴(yán)重吸收，所以天體發(fā)射的伽瑪射線不能在地面觀測(cè)，而只能利用探空火箭和人造衛(wèi)星等運(yùn)載工具在空間進(jìn)行觀測(cè)。探測(cè)伽瑪射線也不能用普通的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡和射電望遠(yuǎn)鏡，而只能用特制的伽瑪射線探測(cè)器或伽瑪射線望遠(yuǎn)鏡。

至今，伽瑪射線天文學(xué)在太陽(yáng)和太陽(yáng)系、彌漫銀河輻射和分立伽瑪射線源探測(cè)方面都已有很好的建樹(shù)，在河外源、脈沖星、中子星、超新星、黑洞以及伽瑪射線暴的研究方面也大獲成功。尤其是伽瑪射線暴，在從發(fā)現(xiàn)至今的短短30多年里，一直是科學(xué)家的研究課題。

伽瑪射線暴是“天堂” 里的突發(fā)事件，大多發(fā)生在遙遠(yuǎn)的宇宙深處。由于只在伽瑪射線能量范圍內(nèi)出現(xiàn)，所以被稱(chēng)為伽瑪射線暴，又叫宇宙伽瑪射線暴或伽瑪射線爆發(fā)，均簡(jiǎn)稱(chēng)GRB。伽瑪射線暴頻頻出現(xiàn)的事實(shí)告訴我們，“天堂”里并不是安寧與平靜的，那里經(jīng)常“響”起劇烈的“爆炸聲”。令人驚奇的是，“天堂”里的爆炸只見(jiàn)其形，不聞其聲，即使發(fā)生驚天大爆炸，我們也聽(tīng)不到半點(diǎn)聲音。究其原因，是因?yàn)檫@種“聲音”不是出現(xiàn)在我們耳朵敏感的聲波范圍，而是出現(xiàn)在我們耳朵接收不到的伽瑪射線波段。

伽瑪射線暴是奇特的爆發(fā)，它們不請(qǐng)自來(lái)，突然出現(xiàn)，上升時(shí)間很短；不揮自去，慢慢衰弱，衰減時(shí)間較長(zhǎng)。它們來(lái)去匆匆，稍縱即逝，最長(zhǎng)的爆發(fā)也不過(guò)幾分鐘，最短的只有300毫秒。它們爆發(fā)的時(shí)間和地點(diǎn)沒(méi)有規(guī)律，事先沒(méi)有預(yù)報(bào)，事后卻有余輝。它們是高能事件，光子能量之高，釋放能量之大，能量釋放之快，都是無(wú)可比擬的。在天文學(xué)上，伽瑪射線的觸角伸向現(xiàn)代高能天體物理的許多領(lǐng)域，例如超新星、脈沖星、中子星和黑洞等都與伽瑪射線密切相關(guān)。

正是因?yàn)橘が斏渚€暴同高能天體物理過(guò)程密切相關(guān)，所以天體物理學(xué)家和高能物理學(xué)家十分重視對(duì)伽瑪射線暴的研究。為了便于研究，天文學(xué)家對(duì)它們進(jìn)行了分類(lèi)和命名，將早期探測(cè)到的1000多個(gè)伽瑪射線暴分為兩大類(lèi)：經(jīng)典爆發(fā)和重復(fù)爆發(fā)。經(jīng)典爆發(fā)占絕大多數(shù)，它們壽命較長(zhǎng)，具有多個(gè)脈沖，爆發(fā)一般發(fā)生在遙遠(yuǎn)的深空；重復(fù)爆發(fā)是隨機(jī)出現(xiàn)的，它們的光子能量較低，兩個(gè)脈沖間的時(shí)間間隔可以很短，也可以很長(zhǎng)，每個(gè)脈沖持續(xù)時(shí)間約為0.1秒。由于重復(fù)爆發(fā)數(shù)目較少，光子能量較低，也有人認(rèn)為它們不屬于伽瑪射線暴。

伽瑪射線暴的名字由爆發(fā)源的位置或發(fā)現(xiàn)的日期確定。如果能確定爆發(fā)源的位置，就按照爆發(fā)源的位置命名，如GRB 0526-66，這里GRB表示伽瑪射線暴，0526表示爆發(fā)源的赤經(jīng)（參考《名詞解釋·赤經(jīng)與赤緯》）是5時(shí)26分，-66表示爆發(fā)源的赤緯是負(fù)66度（如果赤緯是“正”的，則將“-”改成“＋”）；爆發(fā)源位置未確定的，就按照發(fā)現(xiàn)日期命名，如GRB 790305b，這里79表示1979年，03表示3月，05表示5日，b表示這一天發(fā)現(xiàn)的第二個(gè)伽瑪射線暴，如果b換成c，則表示這一天發(fā)現(xiàn)的第三個(gè)伽瑪射線暴，以此類(lèi)推。在這個(gè)例子中，GRB 0526-66與GRB 790305b實(shí)際上是同一個(gè)伽瑪射線暴，它出現(xiàn)在1979年3月5日，發(fā)生在赤經(jīng)5時(shí)26分、赤緯為-66度的位置。

發(fā)現(xiàn)源于核對(duì)抗

伽瑪射線暴是天文學(xué)上的一個(gè)“新品種”，它的發(fā)現(xiàn)被視為20世紀(jì)70年代天文學(xué)上最重大的發(fā)現(xiàn)之一。說(shuō)來(lái)很有趣，這一重大發(fā)現(xiàn)竟然是被“懷疑”出來(lái)的。

1963年，美蘇兩國(guó)簽訂了禁止核試驗(yàn)條約，之后美國(guó)懷疑蘇聯(lián)可能秘密地進(jìn)行了空間核試驗(yàn)，于是在20世紀(jì)60年代發(fā)射了“維拉”（系列）衛(wèi)星對(duì)蘇聯(lián)進(jìn)行秘密偵察——核爆炸會(huì)產(chǎn)生多種輻射，包括X 射線、伽瑪射線和中子等，“維拉”衛(wèi)星可以對(duì)這些核輻射進(jìn)行探測(cè)。

1967年7月2日，“維拉-4號(hào)”探測(cè)到一個(gè)來(lái)歷不明的伽瑪射線爆發(fā)信號(hào)。1969年底，天文學(xué)家也探測(cè)到一個(gè)爆發(fā)。由于保密需要，這些發(fā)現(xiàn)在當(dāng)時(shí)沒(méi)有公布。然而，緊接著，在1969年7月至1972年7月的3年時(shí)間里，“維拉-5A”、“維拉-5B”、“維拉-6A” 和“維拉-6B”一共探測(cè)到了16個(gè)伽瑪射線爆發(fā)。爆發(fā)猶如涌在水閘外面的洶涌澎湃的洪水，閘門(mén)一開(kāi)，立即傾瀉而下。美國(guó)人分析這些爆發(fā)信號(hào)，發(fā)現(xiàn)其中沒(méi)有一個(gè)帶有核武器試驗(yàn)的特征，卻個(gè)個(gè)宛如來(lái)自深空。1973年，美國(guó)科學(xué)家公布了分析結(jié)果：這些時(shí)標(biāo)短促、能量巨大且釋放極其迅速的爆發(fā)，是以前在其他天體上都不曾見(jiàn)到過(guò)的。對(duì)于這種新出現(xiàn)的高能爆發(fā)，天文學(xué)家在驚奇之余積極創(chuàng)造條件進(jìn)行探測(cè)。在早期探測(cè)中，蘇聯(lián)的“金星-11號(hào)”至“金星-14號(hào)”這4艘探測(cè)器起了很大作用，它們一共發(fā)現(xiàn)了216個(gè)伽瑪射線暴，為證實(shí)伽瑪射線暴的存在和研究提供了寶貴資料。

不過(guò)，在1991年4月7日美國(guó)的“康普頓天文臺(tái)”發(fā)射之前，伽瑪射線暴的研究進(jìn)展比較緩慢，20多年來(lái)在天空游弋的幾十顆人造衛(wèi)星只探測(cè)到500個(gè)伽瑪射線暴。而 “康普頓天文臺(tái)”升空后僅兩年，登記在冊(cè)的伽瑪射線暴數(shù)目就超過(guò)了1000個(gè)。“康普頓天文臺(tái)”的發(fā)射使伽瑪射線暴的探測(cè)進(jìn)入一個(gè)新階段。

“康普頓天文臺(tái)”不僅發(fā)現(xiàn)了大量伽瑪射線爆發(fā)源，而且表明這些爆發(fā)源的分布不偏向空間任何特別方向，例如不向銀河系中心和銀道面等局部區(qū)域集中，從而排除了所有爆發(fā)都起源于附近銀河系的可能性。探測(cè)資料還顯示，在伽瑪射線暴中，具有長(zhǎng)壽命暴和短壽命暴兩種類(lèi)型，雖然這兩種類(lèi)型的伽瑪射線暴重疊出現(xiàn)，但產(chǎn)生兩種爆發(fā)的天體是明顯不同的。

“康普頓天文臺(tái)”在伽瑪射線暴的研究上取得了顯著成績(jī)，但仍然沒(méi)有找到伽瑪射線暴的對(duì)應(yīng)體或寄宿體。究其原因，在于這種爆發(fā)是一種稍縱即逝的事件，其出現(xiàn)的方向和位置事先都不知道，探測(cè)它們就好比大海撈針！為了“撈”到伽瑪射線暴之“針”，天文學(xué)家不得不犧牲探測(cè)器的分辨力，以換取大視場(chǎng)。他們盡量采用分辨力低而視場(chǎng)大的儀器探測(cè)伽瑪射線暴，但當(dāng)時(shí)優(yōu)異的探測(cè)器的角分辨率也只有幾度，而在幾平方度的天球上簇?fù)碇汕先f(wàn)顆天體。因此，伽瑪射線暴的對(duì)應(yīng)體或寄宿體很難尋覓，除非另找出路。

如果找不到伽瑪射線暴的對(duì)應(yīng)體或寄宿體，科學(xué)家就無(wú)從知道伽瑪射線暴是銀河系內(nèi)的爆發(fā)還是銀河系外的爆發(fā)，也就難以弄清伽瑪射線暴是高能爆發(fā)事件還是低能爆發(fā)事件。為此，科學(xué)家根據(jù)觀測(cè)資料提出了許多理論模型。大多數(shù)理論模型指出，在伽瑪射線暴過(guò)后，可能會(huì)出現(xiàn)一個(gè)長(zhǎng)波輻射余輝，這個(gè)余輝可以在X射線、可見(jiàn)光、紅外線和射電波長(zhǎng)上測(cè)量到。根據(jù)這一研究，科學(xué)家匠心獨(dú)具地在1996年由意大利和荷蘭聯(lián)合發(fā)射的BeppoSAX衛(wèi)星上，同時(shí)安裝了探測(cè)伽瑪射線的探測(cè)器和拍攝X射線的廣角照相機(jī)。這一設(shè)計(jì)的精湛之處在于，在探測(cè)到伽瑪射線暴后，可以迅速地在X射線波段測(cè)量爆發(fā)的余輝。巧妙的構(gòu)想收到了良好的效果——1997年2月28日，BeppoSAX衛(wèi)星第一次在GRB 970228后面探測(cè)到一個(gè)持續(xù)了兩星期的X射線余輝。

余輝是揭示伽瑪射線暴奧秘的強(qiáng)有力工具，因?yàn)橛噍x可以用大型光學(xué)望遠(yuǎn)鏡對(duì)爆發(fā)對(duì)應(yīng)體進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，測(cè)出其光學(xué)對(duì)應(yīng)體的光譜，獲取它的紅移（參考《名詞解釋·紅移與藍(lán)移》），定出它到地球的距離。由此，科學(xué)家不僅可以測(cè)出爆發(fā)源的位置、距離和性質(zhì)，而且還能研究伽瑪射線暴與超新星、中子星等高能天體的關(guān)系。

2002年10月4日12時(shí)6分13.6秒，天文學(xué)家探測(cè)到一個(gè)伽瑪射線暴，并通過(guò)對(duì)其余輝的觀測(cè)得到了它的近似位置。通過(guò)國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)將這個(gè)近似位置發(fā)布后，幾分鐘后美國(guó)帕洛瑪天文臺(tái)的1.2米口徑光學(xué)望遠(yuǎn)鏡和近地小行星跟蹤照相機(jī)就對(duì)向了它，爆發(fā)后537秒就拍攝到了光學(xué)照片。此后，日本、澳大利亞、以色列和美國(guó)等國(guó)的40多架光學(xué)和紅外望遠(yuǎn)鏡、6架射電望遠(yuǎn)鏡都對(duì)此進(jìn)行了觀測(cè)，并測(cè)出了這個(gè)爆發(fā)的位置。

在1997年到2003年的7年中，天文學(xué)家一共觀測(cè)到了30多個(gè)伽瑪射線暴的光學(xué)余輝，確定它們中的大多數(shù)都是河外源，還推測(cè)這些伽瑪射線暴都是超大能量的“發(fā)射器”，它們?cè)趲酌腌妰?nèi)釋放的能量比太陽(yáng)在100億年內(nèi)釋放的還多。例如GRB 971214，在50秒內(nèi)釋放的能量相當(dāng)于整個(gè)銀河系200年內(nèi)輻射的能量總和；在其輻射最強(qiáng)的2秒鐘內(nèi)，輻射的總功率與整個(gè)宇宙中所有其他天體輻射的總功率相當(dāng)！而“冠軍”GRB 990123輻射則比它還強(qiáng)10倍。

余輝的發(fā)現(xiàn)為天文學(xué)家認(rèn)識(shí)伽瑪射線暴提供了強(qiáng)有力的工具，因此美國(guó)《科學(xué)》雜志將其評(píng)為1997年世界十大科技成就之一。

伽瑪射線暴是謎一般的高能爆發(fā)現(xiàn)象，至今還有許多奧秘尚未揭開(kāi)。目前天文學(xué)家正從觀測(cè)和理論兩個(gè)方面進(jìn)行研究。在觀測(cè)方面，已由過(guò)去的單個(gè)衛(wèi)星“孤軍奮戰(zhàn)”，改由多顆人造衛(wèi)星構(gòu)成聯(lián)合系統(tǒng)，進(jìn)行周密細(xì)致的系統(tǒng)探測(cè)?？梢韵嘈?，在不久的將來(lái)，伽瑪射線暴的奧秘將進(jìn)一步被揭開(kāi)。

相關(guān)鏈接

伽瑪輻射可致命

在所有的核輻射中，伽瑪輻射是最危險(xiǎn)的，因?yàn)樗陔姶挪ㄗV上的波長(zhǎng)最短，穿透力最強(qiáng)，很容易穿過(guò)屏蔽物，甚至就連能有效屏蔽其他輻射的亞原子也屏蔽不了它。伽瑪輻射作為一種電離輻射，能引起分子變化，當(dāng)生命體的DNA受到侵襲時(shí)，就可能發(fā)生癌變。

皮膚是阻止不了伽瑪射線的，而細(xì)胞的基因物質(zhì)一旦受到干擾，就可能誘發(fā)DNA錯(cuò)位。DNA雙螺旋鏈斷裂一般被視為生物學(xué)上最嚴(yán)重的傷害，電離輻射致癌和造成遺傳病正是由這種傷害引起的。核工作者的身上一般積聚了大劑量伽瑪輻射，對(duì)核工作者身體的研究發(fā)現(xiàn)，伽瑪輻射的照射與白血病、肺癌、肝癌、骨癌以及其他頑固性癌癥都有關(guān)系。除了輻射外，伽瑪射線還能導(dǎo)致熱燒傷，引起抑制性免疫效應(yīng)。

在伽瑪輻射照射（簡(jiǎn)稱(chēng)輻照）之后，DNA雙螺旋鏈如果發(fā)生斷裂，細(xì)胞能夠修復(fù)的受傷的基因物質(zhì)是有限的。一項(xiàng)新研究指出，大劑量輻照后能修復(fù)得很好，而小劑量輻照后反而修復(fù)得很慢。這可能意味著人體難以抗衡小劑量而又緩慢的伽瑪輻照。

身體受伽瑪輻照后有什么反應(yīng)呢？有人做過(guò)測(cè)量。在英國(guó)，戶外的自然伽瑪輻照劑量是每小時(shí)20～40nSv，每年約為1～2mSv；美國(guó)人平均每人每年接收的伽瑪輻照是3.6mSv；一次胸透的輻照劑量只占到自然發(fā)生的背景輻照1年劑量的幾分之一；做胃鏡時(shí)照在胃內(nèi)壁上的熒光輻照劑量最多只有0.05Sv。

快速全身伽瑪輻照所造成的癥狀是：1Sv，造成微小血液變化；2.5Sv，造成惡心、脫發(fā)、出血，在許多情況下會(huì)造成死亡；高于3Sv，80%以上導(dǎo)致在兩個(gè)月內(nèi)死亡；高于4Sv，通常都造成死亡。對(duì)于小劑量伽瑪輻照接收者來(lái)說(shuō)，例如平均接收19mSv輻射的核工作者，死于癌癥（包括白血?。┑奈ｋU(xiǎn)是2%；平均接收100mSv輻射的核工作者，危險(xiǎn)增加到10%。相比之下，原子彈爆炸的幸存者是32%。

伽瑪射線暴曾經(jīng)引發(fā)地球生命大滅絕

天文學(xué)家指出，銀河系中心一旦發(fā)生典型的伽瑪射線暴，其輻射就會(huì)強(qiáng)烈影響地球的臭氧層。美國(guó)科學(xué)家利用電腦模型計(jì)算出，如果在距離地球6000光年的地方發(fā)生一次伽瑪射線暴，地球大氣中的臭氧層就會(huì)減少35％，生命將像受到3倍正常紫外線照射那樣極度疲憊。伽瑪射線還能使地球上層大氣中的氮生成氧化氮，加速臭氧層破壞。爆發(fā)后5年內(nèi)，全球?qū)⒊霈F(xiàn)明顯的臭氧損耗。

臭氧層是地球的保護(hù)傘，它把太陽(yáng)發(fā)射到地球的絕大部分紫外線擋在“傘”外，使地球上的生命免遭外來(lái)紫外線的侵害。臭氧層一旦全面毀壞，地球上的生命就失去“保護(hù)傘”，太陽(yáng)紫外輻射就會(huì)長(zhǎng)驅(qū)直入，涌向地球，形成酸雨，降低溫度，破壞植被，導(dǎo)致DNA損壞，甚至導(dǎo)致廣大范圍的生命滅絕！

這么說(shuō)是不是危言聳聽(tīng)？不是，因?yàn)榈厍蛏现辽僖延幸淮未笠?guī)模物種滅絕很可能就是由伽瑪射線造成的。這次事件大約發(fā)生在4.43億年前的奧陶紀(jì)末期，在這場(chǎng)災(zāi)難中許多動(dòng)植物種群?jiǎn)适Я艘话霐?shù)量?？茖W(xué)家找到了這次大滅絕事件的“指紋”——幸存下來(lái)的動(dòng)物群化石。由這些化石復(fù)制出來(lái)的動(dòng)物群表明，幸存者主要是居住在深水中的動(dòng)物或高緯度的“居民”。有研究認(rèn)為，這些幸存者的所在地都是紫外線難以到達(dá)的地方，這說(shuō)明造成奧陶紀(jì)物種大滅種的罪魁禍?zhǔn)资峭鈦?lái)的紫外線，而紫外線當(dāng)時(shí)之所以能來(lái)到地球附近，正是因?yàn)橘が斏渚€暴破壞了臭氧層。

但是，如果像GRB 080319b所暗示的那樣，伽瑪射線暴的大部分輻射是集中在一個(gè)很窄的圓錐內(nèi)（GRB 080319b的圓錐角為0.4度），地球若不在這個(gè)圓錐角內(nèi)，伽瑪射線暴對(duì)地球就沒(méi)有影響?？茖W(xué)家估計(jì)，伽瑪射線暴的輻射圓錐大約1億年才覆蓋地球1次，所以銀河系伽瑪射線暴對(duì)地球造成危害的可能性很小。

長(zhǎng)命暴和短命暴

伽瑪射線暴分為長(zhǎng)壽命暴和短壽命暴。長(zhǎng)壽命暴的壽命在2秒到幾分鐘，其爆發(fā)持續(xù)時(shí)間平均為30秒鐘；短壽命暴的壽命在2秒到幾毫秒，平均約為0.3秒。

這兩類(lèi)伽瑪射線暴的物理性質(zhì)基本上是不同的。天文學(xué)家認(rèn)為，長(zhǎng)壽命暴起源于遙遠(yuǎn)的宇宙深處，甚至在最遙遠(yuǎn)的宇宙邊緣。這些遙遠(yuǎn)爆發(fā)的光線需要幾十億年甚至上百億年才能到達(dá)地球。地球年齡大約是46億年，宇宙年齡大約是137億歲。換句話說(shuō)，一些伽瑪射線暴的對(duì)應(yīng)體是最古老的天體，是宇宙中最老的一代天體（宇宙中的星星也經(jīng)歷誕生、成長(zhǎng)、年老與死亡階段。今天宇宙中的星可能是經(jīng)過(guò)了第一代、第二代和第三代，代代相傳而來(lái)的）。在它們誕生的時(shí)候，地球還處在新生的火球時(shí)期，生命還未出現(xiàn)，甚至就連海洋也沒(méi)形成。在發(fā)生爆炸前，這些年代久遠(yuǎn)的“老星”的光線是看不見(jiàn)的，它們?cè)谛袑⒕湍尽l(fā)生爆炸時(shí)所產(chǎn)生的伽瑪射線暴使我們得以穿越時(shí)光隧道，回眸看到了幾十億年前甚至上百億年前它們?cè)谒劳鰰r(shí)掙扎的情景。

除了壽命不同外，跟長(zhǎng)壽命伽瑪射線暴相比，短壽命暴的輻射強(qiáng)度較弱，伽瑪射線的光子能量較高。還有證據(jù)表明，在長(zhǎng)壽命暴中，能量轉(zhuǎn)換成伽瑪射線的速率是穩(wěn)定的；而在短壽命暴中，能量轉(zhuǎn)換速率則隨爆發(fā)的發(fā)展而減小。這些特性暗示，長(zhǎng)、短壽命暴有不同的產(chǎn)生機(jī)制。

觀測(cè)表明，有些長(zhǎng)壽命暴可能同特殊類(lèi)型的超新星有聯(lián)系，這為探索伽瑪射線暴的起源提供了一種可能的途徑。超新星是暮年恒星走向墳塋的一種形式。這種恒星質(zhì)量較大，它們死亡時(shí)，其外殼在爆炸中變成氣體，拋向遼闊的宇宙空間，以近光速在空間運(yùn)動(dòng)，核心部分則在爆發(fā)中坍縮成為中子星或黑洞等致密天體。

由于持續(xù)時(shí)間很短，研究比較困難，科學(xué)家至今對(duì)短壽命伽瑪射線暴了解很少。2003年，“高能瞬變探測(cè)器-2號(hào)”開(kāi)始觀測(cè)這類(lèi)伽瑪射線暴的余輝。但是，由于余輝太短，無(wú)法確定它們的距離，結(jié)果無(wú)功而返。

名詞解釋

赤經(jīng)與赤緯 在地球上，地區(qū)和城市的位置通常用地理經(jīng)度和地理緯度來(lái)標(biāo)記。同樣，對(duì)天上的星球也要標(biāo)明位置。在地球上不同地區(qū)的人觀測(cè)同一顆星，得到的星位置是不同的。由于地球自轉(zhuǎn)，同一個(gè)人在同一位置的不同時(shí)間觀測(cè)同一顆星，得到的星位置也不同。因此，星球的位置不能用地理經(jīng)度和地理緯度來(lái)標(biāo)明，而必須采用固定在天球上的假想坐標(biāo)系統(tǒng)，這樣的坐標(biāo)系統(tǒng)之一就是天球赤道坐標(biāo)系。天球赤道坐標(biāo)系由赤經(jīng)和赤緯來(lái)表示，赤經(jīng)沿天赤道度量，單位用時(shí)、分，例如赤徑為5時(shí)26分，就記為5h26m。赤緯沿垂直赤經(jīng)方向度量，單位用度，并帶有正負(fù)號(hào)。

紅移與藍(lán)移 根據(jù)多普勒定律，天體在視線方向存在運(yùn)動(dòng)時(shí)，測(cè)量的光線頻率或波長(zhǎng)就會(huì)改變，天體遠(yuǎn)離觀測(cè)者時(shí)，頻率變低，波長(zhǎng)變長(zhǎng)，稱(chēng)為紅移；天體接近觀測(cè)者時(shí)，頻率變高，波長(zhǎng)變短，稱(chēng)為藍(lán)移。紅移和藍(lán)移表示天體在視線方向上不同的運(yùn)動(dòng)。哈勃定理指出，紅移的大小表示天體到地球的距離。

河內(nèi)源與河外源

對(duì)一個(gè)天體來(lái)說(shuō)，它跟地球之間的距離是最基本的參數(shù)。遺憾的是，在余輝發(fā)現(xiàn)以前，伽瑪射線暴與地球之間的距離基本上無(wú)人知道，因?yàn)橘が斏渚€暴是稍縱即逝的爆發(fā)現(xiàn)象，出現(xiàn)的時(shí)間和方向是隨機(jī)的，無(wú)法進(jìn)行預(yù)測(cè)。另一方面，伽瑪射線暴只能用伽瑪射線探測(cè)器探測(cè)，而這種探測(cè)器的分辨力很低。爆發(fā)源的位置尚且測(cè)不出，哪能談得上爆發(fā)源的距離？

在早期發(fā)現(xiàn)的伽瑪射線暴中，只有GRB 790305b測(cè)出了距離，這是因?yàn)樗霈F(xiàn)時(shí)正好有9艘探測(cè)器在空間飛行，它們?cè)诖笾孪嗤臅r(shí)間內(nèi)測(cè)量到爆發(fā)的輻射，應(yīng)用“三角測(cè)量法”就算出了爆發(fā)的位置。

GRB 790305b的位置確定后，引發(fā)了一場(chǎng)爭(zhēng)論，爭(zhēng)論焦點(diǎn)是伽瑪射線暴的源頭是在河（銀河系）內(nèi)還是在河外。GRB 790305b的位置同大麥哲倫云中超新星爆發(fā)的遺跡N49相符。N49距離地球18萬(wàn)光年，是一個(gè)比較近的河外源。因此，多數(shù)學(xué)者把GRB 790305b視為較近的河外源。但是，包括原中國(guó)南京大學(xué)校長(zhǎng)曲欽岳教授在內(nèi)的一些科學(xué)家不同意這種看法，他們有的認(rèn)為GRB 790305b是河內(nèi)源，有的認(rèn)為GRB 790305b其實(shí)根本就不能算作伽瑪射線暴，而只是一個(gè)特殊事件，因?yàn)槠涔庾幽芰恐挥袔资甂ev， 比伽瑪射線暴的光子能量低了很多。

20世紀(jì)70年代，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)伽瑪射線暴是均勻分布在天球上的，沒(méi)有向銀河系中心或銀道面集中的傾向。據(jù)此有人提出，伽瑪射線暴是在遙遠(yuǎn)的宇宙深處產(chǎn)生的。但是，也有人根據(jù)同樣的觀測(cè)提出，伽瑪射線暴是從銀河系的銀暈或銀盤(pán)中來(lái)的，甚至還有人說(shuō)，伽瑪射線暴就發(fā)生在太陽(yáng)系邊緣。

20世紀(jì)80年代，日本天文學(xué)家在幾個(gè)伽瑪射線暴中探測(cè)到了X射線吸收線。據(jù)此他們提出，伽瑪射線暴是銀盤(pán)內(nèi)的中子星產(chǎn)生的。這一觀點(diǎn)很快為大多數(shù)人所接受。在1990年的一次關(guān)于伽瑪射線暴的國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議上，除了美國(guó)普林斯頓大學(xué)的帕曾斯基教授堅(jiān)持伽瑪射線暴是河外起源的外，其他科學(xué)家?guī)缀醵颊J(rèn)為是在銀河系起源的。正由于此，才決定發(fā)射“康普頓天文臺(tái)”來(lái)提供觀測(cè)證據(jù)。不過(guò)，隨著“康普頓天文臺(tái)”探測(cè)到的伽瑪射線暴數(shù)目增多，伽瑪射線暴均勻分布的特點(diǎn)更顯著，于是多數(shù)科學(xué)家轉(zhuǎn)而支持河外起源的觀點(diǎn)。但部分專(zhuān)家仍堅(jiān)持說(shuō)，不能排除銀暈起源的可能性。

究竟哪一種觀點(diǎn)才是正確的呢？要確定伽瑪射線暴的位置是在河內(nèi)還是在河外，關(guān)鍵在于定出爆發(fā)源的距離。余輝的發(fā)現(xiàn)為探測(cè)伽瑪射線暴的距離提供了可能，而“雨燕”衛(wèi)星將這種可能發(fā)揮到了極致。“雨燕”發(fā)射于2004年11月20日，帶有3架專(zhuān)門(mén)研究伽瑪射線暴的儀器：“爆發(fā)預(yù)警望遠(yuǎn)鏡”（BAT）、“X射線望遠(yuǎn)鏡”（XRT）和“紫外/光學(xué)望遠(yuǎn)鏡”（UVOT）。BAT一發(fā)現(xiàn)伽瑪射線暴，衛(wèi)星立即像敏捷的雨燕一樣，迅速調(diào)整姿態(tài)，讓XRT和UVOT指向爆發(fā)源，開(kāi)始觀測(cè)。

先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想和觀測(cè)設(shè)備讓“雨燕”獲得了豐碩的成果。它觀測(cè)到GRB 050904的紅移為6.29，意味著它到地球的距離是130億光年，是一個(gè)地地道道的宇宙伽瑪射線暴?！坝暄唷边€觀測(cè)到GRB 060218的紅移較低，暗示它是一個(gè)距地球較近、與超新星有關(guān)的伽瑪射線暴?！坝暄唷边€很精細(xì)地觀測(cè)到GRB 050724是一個(gè)有余輝的短伽瑪射線暴，暗示這顆死亡的中子星曾繞著黑洞運(yùn)行。此外，“雨燕”觀測(cè)到GRB 030329是一個(gè)跟超新星有關(guān)、距離極近（紅移為0.168）的伽瑪射線暴。這些觀測(cè)證明，伽瑪射線暴大多發(fā)生在銀河系外，但也有少數(shù)發(fā)生在銀河系內(nèi)。