Julia's Blog

【2014.12.30 清華大學秘書處】

本校天文研究所研究團隊與美國加州柏克萊大學太空科學實驗室團隊合作

研製的康卜吞成像光譜儀在台灣時間2014年12月29日上午5點20分

成功地在南極麥克默多科學工作站由美國太空總署的高空氣球搭載升空，

進入離地面約40公里的高空，偵測來自宇宙深處的伽瑪射線。

這是伽瑪射線天文學中康卜吞望遠鏡發展的重要進程，

代表新一代康卜吞望遠鏡的研製向前邁進了一大步。

(台灣團隊部分成員攝於南極麥克默多科學工作站.圖中紫色旗幟 為清華大學的校旗)

這項台美合作所研製的康卜吞成像光譜儀以12片高純度鍺偵測器為核心，

利用光子與偵測器材料中電子的康卜吞散射來測量光子能量為百萬電子伏特級的伽瑪射線。

來自外太空的伽瑪射線雖然極其微弱，但蘊含了許多豐富的現象與未解的謎題。

康卜吞成像光譜儀合作團隊的台灣計畫主持人本校天文研究所張祥光教授表示，

這次的高空氣球飛行主要觀測目標是銀河系的中心。

在那裡有很強的電子正子對湮滅輻射，這些輻射光子的能量大約是0.5百萬電子伏特左右。

那些大量正子（也就是電子的反粒子）的來源是天文學界

在過去近半個世紀來一直未解的難題。

它可能和銀河中心的超大質量黑洞有關，或者是其他中子星及黑洞的系統，

甚或是和假設中的低質量暗物質有關。

張祥光進一步表示，在這次長時間的高空氣球飛行中也有可能觀測到瞬間即逝的伽瑪射線爆。

康卜吞成像光譜儀的光子偏極化測量能力將可以提供極有用的數據

來協助解開這另一個天文界的世紀之謎。

康卜吞成像光譜儀

(在國際天文學界使用的英文名稱為Compton Spectrometer and Imager，簡稱COSI)

是新一代的康卜吞望遠鏡。相較於舊的技術，

它的特點是以較小的體積與質量，可以有更高的靈敏度。

張祥光說，靈敏度的提高是極重要的。

例如一般相信超新星爆炸造成重元素的形成，

但其所伴隨發出的伽瑪射線輻射卻一直沒有被明確地觀測到。

到目前為止，這主要是靈敏度的問題。

COSI是利用其能精確測量散射事件在偵測器中三維空間位置

以及能記錄同一光子多次散射事件的特性來大幅提高儀器的靈敏度。

全球有數個團隊在開發新技術，製作高靈敏度的新一代康卜吞望遠鏡。

 COSI團隊是這所有團隊中進展最快的。

伽瑪射線和X射線一樣，都無法穿透地球的大氣層。

要觀測外太空來的伽瑪射線，必須將儀器搭載在人造衛星或太空船上。

在進行這樣的太空任務之前，必須先用高空飛行來檢視所發展的新儀器與新技術。

COSI在2009年曾在美國本土進行了一次約40小時的成功飛行，

這次COSI的南極高空氣球飛行試驗則是COSI研發的又一個重要里程碑。

COSI團隊今年(2014年)10月底就已進駐南極麥克默多科學工作站。

經過了大約兩個月的儀器系統現場整合測試與適當天候的等待，

COSI終於在台灣時間12月 29日上午順利升空。

這次飛行預計將持續一百天左右。

COSI的性能將在這次的飛行中得到充分的驗證，為未來的衛星任務做準備。

被天文研究需求所驅動發展的高靈敏度伽瑪射線偵測器

未來在一般輻射偵測上也會有很好的應用。

例如在醫學成像技術上，因為靈敏度高，病患所需使用的輻射追蹤劑劑量就可大幅降低。

COSI台灣團隊早期由國家太空中心所支持，目前則是由科技部資助。

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後記:

文中所提~ "電子正子對湮滅輻射" 

其物理意義是:   e^- + e⁺  = 2γ     

                             1 電子+ 1 正子 = 2 光子

正子 : 是電子的反粒子 ,除了"帶正電荷 "

       其他物理性質均與電子相同.