不久前，一只飛進世界的“小蜜蜂”——“天極”望遠鏡，完成了自己的重要任務——伽馬射線暴瞬時輻射的高精度偏振勘探。這一效果于2019年1月14日在線宣布在《天然·地理學》（Nature · Astronomy）雜志上。

“天極”望遠鏡在軌搭載在天宮二號空間試驗室藝術效果圖（依據星上相機拍照的什物相片藝術加工而成）。圖片來歷：中國科學院高能物理研討所供給“天極”望遠鏡在軌搭載在天宮二號空間試驗室藝術效果圖（依據星上相機拍照的什物相片藝術加工而成）。圖片來歷：中國科學院高能物理研討所供給

“小蜜蜂”的超卓體現，讓科學家們拿到了迄今為止伽馬射線暴偏振的最佳觀測效果。這些效果將有利于協助人們更好地了解世界中一些根本天體物理進程（如黑洞的構成，極點相對論噴流的發作等），為科學家們回答對世界中極點物理環境和條件下的根底科學問題供給重要頭緒。

來自世界的酷炫特效——伽馬暴

伽馬射線暴（簡稱伽馬暴）是自世界大爆炸以來，人類所能勘探到的世界中最激烈的天體迸發現象。它迸發時的亮度極高，比世界中其他天體的伽馬射線亮度總和還要大，持續時刻一般在0.1-1000秒，輻射能量首要會集在0.1-100兆電子伏。

伽馬暴現象的模擬圖。圖片來歷：中國科學院高能物理研討所供給伽馬暴現象的模擬圖。圖片來歷：中國科學院高能物理研討所供給

從1973年發布發現伽馬暴以來，關于它們的研討一直是地理學和物理學中一個極點活潑的前沿范疇。自1997年以來，伽馬暴的觀測研討四次被美國的《科學》雜志評為年度世界十大科技成就之一。

現在，人類看到的最悠遠的伽馬暴（編號GRB 090423）間隔地球132億光年，在它發作時世界尚處于兒童時期，只是6億多歲。

伽馬暴是怎么發作的呢？一般認為有兩種形式：一種形式是這種迸發是在大質量恒星逝世的進程中所發作的，別的一種形式是兩個細密天體如中子星或許一個中子星和一個黑洞的并合所發作的。這兩種進程一般都伴隨著黑洞的誕生。

 兩個中子星的并合發作伽馬暴的模擬圖。圖片來歷：中國科學院高能物理研討所供給 兩個中子星的并合發作伽馬暴的模擬圖。圖片來歷：中國科學院高能物理研討所供給

為什么要丈量伽馬暴偏振？

偏振現象是光的一種特性，當光的電場矢量在垂直于光傳達方向的平面內趨于某些方向振蕩時就會呈現偏振。那么依據電場矢量振蕩方向趨向性的狀況，可將偏振光分為徹底偏振光、部分偏振光以及非偏振光三種。

偏振現象的示意圖偏振現象的示意圖

其間徹底偏振光又分為線偏振光、圓偏振光和橢圓偏振光三種。部分偏振光對錯偏振光和徹底偏振光的疊加。天然光便是一種非偏振光。

在天然界中的一些生物，也具有使用偏振光來感知外界的才能。咱們常見的小蜜蜂就是個典型的比如：它們有五支眼，其間三支單眼、兩支復眼，每個復眼又包括有6300個小眼，這些小眼能依據太陽的偏光斷定太陽的方位，然后以太陽為定向標來判別方向，所以蜜蜂能夠準確無誤地把它的同類引到它所找到的花叢。

蜜蜂的復眼能依據太陽的偏光斷定太陽的方位。圖片來歷：中國科學院高能物理研討所供給

那么，伽馬暴偏振丈量的含義是什么呢？從伽馬暴現象的發現至今已長達半個世紀，但對其迸發實質的研討現在還沒有一個定論。關于伽馬暴的迸發機制，科學家提出了多種理論模型。不同理論模型間關于伽馬暴迸發期間發作的伽馬射線的偏振狀況有所不同。

因而，選用丈量偏振的辦法，能夠對伽馬暴的迸發機制進行研討，然后對迸發的物理進程、輻射區結構以及周圍磁場的結構進行承認。

測好伽馬暴偏振，不是輕松事

世界天體發作的伽馬射線光子具有以下四個方面的信息：光子的抵達時刻、能量、方向以及偏振。

現在，科學家對前三個方面都現已有老練的辦法進行勘探研討，然而在終究的偏振勘探上卻遇到了困難。而且對錯常大的困難——首要，要捕捉到伽馬暴自身就不簡單。因為伽馬射線在進入大氣層時會發作反響，然后在地上無法丈量伽馬暴發作的伽馬射線，有必要在外太空完成對伽馬暴的觀測，這就需求適宜的衛星平臺。其次，要研發有用面積大、靈敏度高的偏振勘探器技能上比較困難。

在“天極”望遠鏡之前現已有過其他衛星測驗丈量伽馬暴偏振，但大部分都因為勘探儀器自身的體系誤差大而無法給出有用的偏振丈量效果，而少量體系誤差較小的試驗的靈敏度又比較差，也沒有給出具有計算含義的高精度伽馬射線暴偏振丈量效果。

縱觀伽馬暴的研討前史，從上世紀60年代發現至今已有約半個世紀，在曩昔近25年傍邊，共有5個空間勘探試驗項目合計宣布了約10個伽馬射線暴的伽馬射線偏振勘探效果。CGRO、RHESSI以及INTEGRAL等雖然報導了幾例伽馬暴的偏振丈量效果，但都因為勘探器自身偏振丈量體系誤差較大、丈量效果粗糙，無法對伽馬暴輻射機制模型進行任何束縛或約束。

后來的GAP和COSI試驗在偏振丈量體系誤差上得到了改進，可是因為有用面積比較小，偏振丈量的靈敏度依然較差，所以得到伽馬暴的偏振丈量效果也很少，而且精度也不高。

不負眾望，“天極”望遠鏡鋒芒畢露

與之前的勘探作業比較，“天極”望遠鏡的體現令人倍感歡喜。“天極”望遠鏡在軌勘探而且承認了55個伽馬射線暴，對其間5個伽馬射線暴進行了高精度的偏振丈量，這是現在為止世界上最大的高精度伽馬暴偏振丈量樣本，初次發現了伽馬射線暴在迸發期間的均勻偏振度較低（均勻約為10%）的定論，而且初次發現了單峰結構的伽馬暴偏振角的演化現象。

天宮二號“天極”望遠鏡在軌觀測到的5個伽馬暴的光變曲線。其間a、b、c、d、e別離對應于編號是161218A、170101A、170127C、170206A和170114A的伽馬暴。f對應的是編號為170114A的伽馬暴，但對其剖析進程中所用到的信號進行了具體區分，然后研討其偏振演化現象。圖片來歷：中國科學院高能物理研討所

這些新的觀測效果標明，發作伽馬射線的極點相對論噴流內部的演化或許導致了偏振角的快速演化，使得觀測到的伽馬射線暴的均勻偏振度較低。該發現與現有的首要伽馬射線暴模型的預言顯著不一致，標明極點相對論噴流的結構及其內部磁場的位型比以往所了解的愈加雜亂。

這是伽馬射線暴現象自上世紀70年代發現以來所得到的最好的偏振觀測效果，有利于更好的了解黑洞的構成和極點相對論噴流的發作等根本天體物理進程，為下一代空間高能地理觀測儀器的展開和空間地理根底物理前沿研討奠定了堅實的科學與技能根底，而且提出了新的重要研討課題。

在“天極”望遠鏡的觀測效果發布之前，人們都還還沒有對伽馬暴偏振進行過高精度的體系性勘探研討。能夠說，天宮二號“天極”望遠鏡試驗為伽馬暴的研討打開了一扇新的窗口，未來有望在該研討范疇獲得更多新的發展和發現。

“小蜜蜂”因何如此優異？

“天極”（POLAR）望遠鏡全稱為伽馬暴偏振勘探儀，它是天宮二號空間試驗室上僅有一臺搭載在艙外的中歐世界合作試驗項目。

“天極”望遠鏡結構上選用1600個勘探單元組成40×40的勘探器陣列。這個結構和蜜蜂的復眼十分類似，因而“天極”望遠鏡也獲得了一個心愛的昵稱，叫做“小蜜蜂”。它正是是使用這些敏銳的“眼睛”去勘探來自世界深處的伽馬暴。

“小蜜蜂”捕獲伽馬暴的情形（示意圖）。圖片來歷：中國科學院高能物理研討所“小蜜蜂”捕獲伽馬暴的情形（示意圖）。圖片來歷：中國科學院高能物理研討所

勘探器資料選用密度低、原子序數低、機械和化學功能安穩的有機塑料閃耀體，有利于伽馬光子與勘探器之間發作康普頓散射相互作用，然后愈加有用地丈量伽馬光子的偏振信息。

“天極”望遠鏡體系組成。左圖：偏振勘探器OBOX右圖：電控箱IBOX。圖片來歷：中國科學院高能物理研討所

“天極”望遠鏡體系組成。勘探器單內部組成，“天極”望遠鏡內部共有25個這樣的勘探器單體。圖片來歷：中國科學院高能物理研討所“天極”望遠鏡體系組成。勘探器單內部組成，“天極”望遠鏡內部共有25個這樣的勘探器單體。圖片來歷：中國科學院高能物理研討所

“天極”望遠鏡的幕后英雄，是天宮二號“天極”望遠鏡載荷分體系整體單位——中國科學院高能物理研討所。從二十世紀70年代末開端進行空間勘探試驗，曾展開過屢次高空科學氣球和球載硬X射線望遠鏡試驗，掌管了多項空間勘探試驗儀器的研發，擔任和參與多個新的空間高能地理項目。

中國科學院高能物理研討所。拍照者：Yuki

此次，高能所“天極”望遠鏡團隊攜手歐洲科學家一同攻堅克難，歷經十余年的技能攻關和科學研討，終究霸占了伽馬暴偏振勘探的難題，完成了在空間對伽馬暴進行的高精度、體系性的偏振觀測作業，在該研討范疇獲得了史無前例的發展，獲得了世界同行的高度評價。

接下來，他們還將進一步擴展世界合作，一起解讀“天極”望遠鏡提出的關于伽馬射線暴的全新科學問題，為終究處理黑洞的構成和極點相對論噴流發作做出關鍵性奉獻。