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康普顿γ射线天文台

康普顿γ射线天文台(康普顿伽玛射线天文台,Compton Gamma Ray Observatory,缩写为CGRO)是美国国家航空航天局(NASA)于1991年发射的一颗伽玛射线天文卫星,是大型轨道天文台计划的第二颗卫星。它以在伽玛射线领域做出重要贡献的美国物理学家康普顿的名字命名,目的是观测天体的伽玛射线辐射。

康普顿伽玛射线天文(CGRO)是一个从1991年到2000年间在地球轨道上探测从20 keV到30 GeV的光的空间天文台。它的一个航天器中包含四个主要望远镜,覆盖X射线和伽玛射线,包括仪器和探测器。经过14年的努力,该天文台于1991年4月5日由亚特兰蒂斯号航天飞机在编号为STS-37的飞行任务中发射升空,并于2000年6月4日开始运行。 [1] 它被部署在450公里(280英里)的低地球轨道上,以避开范艾伦辐射带。当时最重的天体物理载荷是17,000公斤(37,000磅)。

它的成本高达6.17亿美元, [2] CGRO是美国航空航天局“Great Observatories”系列的一部分,包括哈勃望远镜,钱德拉X射线天文台和斯皮策太空望远镜。 [3] 在哈勃太空望远镜之后,这是第二个被发射太空的。 CGRO以Arthur Holly Compton(圣路易斯华盛顿大学,诺贝尔奖得主,涉及伽玛射线物理学的工作)的名字命名。CGRO由加利福尼亚州雷东多海滩的TRW(现为诺斯罗普格鲁曼航空航天系统公司)建成。 CGRO是一个国际合作的天文台,除了美国航天航空局外,也得到了欧洲航天局和各大学以及美国海军研究实验室的贡献。

康普顿伽玛射线天文台重约17吨,其中天文仪器重约7吨,在当时是用航天飞机发射的最重的民用航天器。卫星上搭载的主要观测仪器有:

爆发和瞬变源试验设备(BATSE),由8台同样的NaI探测模块组成,分别安装在卫星的8个角上。观测能段为20-600 keV,目的是探测持续时间很短的伽玛射线暴。BATSE是由美国宇航局马歇尔空间飞行中心研制的。

定向闪烁光谱仪(OSSE),由4台探测器组成,分为两组,每次观测一个目标天体时,其中一组对准天体监测其自身辐射,另一组对准天体附近的天空监测背景辐射,两组的角色定期互换。能段范围为0.05-10 MeV,是由美国海军研究实验室制造的。

康普顿成像望远镜(COMPTEL),观测能段为0.75-30MeV,由德国马克斯普朗克研究所、美国新罕布什尔大学和欧洲空间局天体物理分部共同研制。它在工作期间观测了铝的1.809 MeV谱线,发现它们集中在银道面上,并且主要分布在银河系中心和旋臂附近,表明重元素的主要来自于大质量的恒星。

高能伽玛射线试验望远镜(EGRET),用于观测20 MeV-30 GeV的高能伽玛射线,并具有极高的时间分辨本领。该仪器由美国宇航局戈达德空间飞行中心、马克斯普朗克研究所和斯坦福大学共同开发。在工作期间,它探测了一批蝎虎座BL天体的高能伽玛射线辐射,并使伽玛射线脉冲星的数量增加到8个,还给出了若干个伽玛射线暴的高能辐射。

康普顿伽玛射线天文台在轨期间分两次进行巡天,第一巡天观测了蟹状星云、天鹅座X-1、天鹅座X-3、塞弗特星系NGC 4151等天体,1991年7月开始的第二次巡天包括银河系中心、超新星1987A等,并在4年时间里发现了271个伽玛射线源。1991年观测了太阳的耀斑爆发;长期监测了天鹅座X-3和超新星1987A等天体的高能爆发性辐射。1991年发现了第四颗伽玛射线脉冲星PSR1706-44,射电脉冲周期为102毫秒;1997年发现了银河系中心附近能量为511 keV的正负电子湮灭产生的谱线,表明存在一个巨大的反物质喷流;记录了约2700个伽玛射线暴,发现它们在天空中的分布是各向同性的,支持了伽玛射线暴是发生在宇宙学尺度上的爆发现象这一观点。人们根据它积累的观测资料将伽玛射线暴以2秒为界分为长暴和短暴两类;1999年还观测了著名的伽玛射线暴GRB 990123,间接触发了其光学波段的余辉被地面望远镜观测到。

EGRET仪器进行了第一次全天候测量超过100 MeV。使用四年的数据,它发现了271个源,其中170个是不明身份的源。

OSSE仪器完成了对银河中心的最全面的调查,并发现了一个可能的反物质“云”在中心之上。

BATSE仪器每天平均一次伽玛射线突发事件检测,总共约2700次检测。它确定地表明,大多数伽玛射线爆必须起源于遥远的星系,不在我们自己的银河系附近,因此必须非常剧烈。

发现前四个软伽玛重复暴;这些来源相对较弱,大多数低于100keV,具有不可预测的活动和不活动期。

康普顿伽玛射线天文台的设计寿命为5年,但一直工作了9年时间。1999年12月6日,卫星上用于姿态控制的一个陀螺仪因球状轴故障而失灵。卫星上安装有三个陀螺仪,必须有两个同时工作卫星才能正常运作。如果再有一个陀螺仪损坏,将导致卫星失控,最终可能坠毁在人口稠密地区。在失去备份的陀螺仪之后,部分天文学家认为它还有可能做出重要的科学观测,仍极力主张延长其寿命,但出于安全考虑,美国宇航局还是决定放弃这颗卫星。2000年5月26日,在传回最后一次太阳观测资料后,美国宇航局指引卫星开始一连串点火,并最终在6月4日引导它坠入地球大气层,在太平洋上空烧毁,碎片掉在夏威夷西南约3200-4000公里的预定海域。


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