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大氣切倫科夫?qū)嶒?yàn)
2010-11-30 |文章來源: | 瀏覽次數(shù):  |

 (see intro)
Telescopes and telescope systems:

TeV級(jí)能量的伽瑪光子數(shù)目稀少,地面上的切倫科夫望遠(yuǎn)鏡可以在此波段上彌補(bǔ)空間觀測不足。伽瑪射線不能穿透地球大氣,能量最高的那部分光子在與大氣相互作用并被吸收時(shí),光子的能量可以傳輸給成大氣粒子(如原子核),導(dǎo)致原子核碎裂,并引發(fā)空氣簇射。當(dāng)初始的原子核接收到足夠高的能量,速度接近光速時(shí),就會(huì)產(chǎn)生窄角切倫科夫輻射。切倫科夫望遠(yuǎn)鏡接收的正是高能輻射導(dǎo)致的次級(jí)光子,它所獲得的圖象反映了簇射產(chǎn)生的切倫科夫輻射的方向、強(qiáng)度在望遠(yuǎn)鏡接收方向上的投影,由此可以推測出引發(fā)簇射的伽瑪光子能量與來源。如果多架望遠(yuǎn)鏡組成陣列,可以獲取三維立體圖象,并最終確定出大氣簇射的發(fā)生地?,F(xiàn)代的技術(shù)水平可達(dá)到方向的確定誤差小于0.1度,簇射位置則精確到10米。

  • CANGAROO at Woomera, Australia [Collaboration between Australia and Nippon for a GAmma Ray Observatory in the Outback]. See also the Australian page from Adelaide.

CANGAROO是內(nèi)地伽瑪射線天文臺(tái)澳日合作研究組的縮寫(Collaboration of Australia and Nippon(Japan) for a GAmma Ray Observatory in the Outback),基地建在澳大利亞的伍默拉(Woomera)。CANGAROO已經(jīng)發(fā)展為四架口徑為10米的伽馬射線望遠(yuǎn)鏡組成的望遠(yuǎn)鏡陣列。1998年,CANGAROO探測到了1012電子伏的伽馬射線,有力地支持了X射線的觀測結(jié)果。

  • CAT  [Cherenkov Array at Thémis] (Thémis experiments see also here).

  • CLUE [C(h)erenkov Light Ultraviolet Experiment] at the HEGRA site on La Palma (operational from 1997 to 2000)

  • HEGRA Cherenkov Telescopes on La Palma, Canary Islands (operational until Sep. 2002)

  • Narrabri, Australia: Mark 6 telescopes of the University of Durham (operational until March 2000)

  • PACT [Pachmarhi Array of C(h)erenkov telescopes] at the High Energy Gamma Ray Observatory at Pachmarhi, India

  • TACTIC [TeV Atmospheric Cerenkov Telescope with Imaging Camera] at Mt. Abu, Rajasthan, India.

  • Whipple Gamma-Ray Telescope on Mt. Hopkins, Arizona

惠普契倫科夫望遠(yuǎn)鏡(WHIPPLE)位于美國霍普金斯山,以美國天文學(xué)家惠普爾·弗雷德·勞倫斯(Whipple,F(xiàn)red Lawrence1906—2004)的名字命名。WHIPPLE由多塊反射面拼接而成,直徑為10米。

New telescope projects:
  • CANGAROO-III system of four 10 m telescopes in Australia (fully operational since March 2004).

TeV級(jí)能量的伽瑪光子數(shù)目稀少,地面上的切倫科夫望遠(yuǎn)鏡可以在此波段上彌補(bǔ)空間觀測不足。伽瑪射線不能穿透地球大氣,能量最高的那部分光子在與大氣相互作用并被吸收時(shí),光子的能量可以傳輸給成大氣粒子(如原子核),導(dǎo)致原子核碎裂,并引發(fā)空氣簇射。當(dāng)初始的原子核接收到足夠高的能量,速度接近光速時(shí),就會(huì)產(chǎn)生窄角切倫科夫輻射。切倫科夫望遠(yuǎn)鏡接收的正是高能輻射導(dǎo)致的次級(jí)光子,它所獲得的圖象反映了簇射產(chǎn)生的切倫科夫輻射的方向、強(qiáng)度在望遠(yuǎn)鏡接收方向上的投影,由此可以推測出引發(fā)簇射的伽瑪光子能量與來源。如果多架望遠(yuǎn)鏡組成陣列,可以獲取三維立體圖象,并最終確定出大氣簇射的發(fā)生地。現(xiàn)代的技術(shù)水平可達(dá)到方向的確定誤差小于0.1度,簇射位置則精確到10米。

CANGAROO是內(nèi)地伽瑪射線天文臺(tái)澳日合作研究組的縮寫(Collaboration of Australia and Nippon(Japan) for a GAmma Ray Observatory in the Outback),基地建在澳大利亞的伍默拉(Woomera)。1998年,CANGAROO探測到了1012電子伏的伽馬射線,有力地支持了X射線的觀測結(jié)果。CANGAROO已經(jīng)發(fā)展為四架口徑為10米的伽馬射線望遠(yuǎn)鏡組成的望遠(yuǎn)鏡陣列。CANGARO0III2004年3月開始運(yùn)行。

  • H.E.S.S. [High Energy Stereoscopic System], four 13 m telescopes in Namibia (see also pages from Paris, fully operational since December 2003)

高能立體望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)HESS(High Energy Stereoscopic System),位于西南非洲那米比亞首都溫得和克西南100公里處海拔1800米之處,用于探測伽瑪射線進(jìn)入大氣層時(shí)產(chǎn)生的切倫科夫輻射(Cerenkov radiation)。該系統(tǒng)耗資300萬美元,是由德國海德堡市馬普學(xué)會(huì)核物理研究所主持的歐美合作項(xiàng)目,以1936年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主,1911年發(fā)現(xiàn)高能宇宙射線的Victor Hess的名字命名。

HESS由4架相同的13米反射鏡組成,它們排列在120米見方的地上。通過從略微不同的角度對同一股粒子流進(jìn)行的合作觀測研究,可以提供大氣簇射的多重立體影像,重建入射宇宙射線的能量和方向。HESS合作方希望將來能夠擴(kuò)展這個(gè)望遠(yuǎn)鏡陣列,增加8或12架望遠(yuǎn)鏡,就能觀察更為稀有的事件了。HESS天文臺(tái)具有獨(dú)特的優(yōu)勢,是全世界最大且最靈敏的此類設(shè)施。

右圖是2002年9月啟用的望遠(yuǎn)鏡,屬于HESS的一部份,由382片鏡片所組成,每片的直徑60厘米,同時(shí)配有高速相機(jī),用于記錄伽瑪射線入射大氣層時(shí)產(chǎn)生的高能粒子簇射引起的契侖可夫輻射光(Cherenkov light)。(左圖為HESS的光電倍增管陣列)

HESS從2003年1月份開始正常運(yùn)作。2006年10月,天文學(xué)家利用HESS首次發(fā)現(xiàn)了太空高能量伽瑪射線的調(diào)節(jié)信號(hào),此次信號(hào)的能量非常高,相當(dāng)于之前的10萬倍。信號(hào)來源于LS 5039系統(tǒng)。LS 5039是由一個(gè)巨大的藍(lán)色恒星(是太陽質(zhì)量的20倍)和一個(gè)不明物體形成(有可能是黑洞)的雙系統(tǒng),是2005年HESS小組發(fā)現(xiàn)的?!?/FONT>

  • MAGIC (a 17 m telescope on La Palma, Canary Islands, operational since 2003)

大氣伽瑪切倫科夫成像望遠(yuǎn)鏡(Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov telescope,MAGIC)位于非洲西北岸外帕瑪群島的加那利(Canary)島,主鏡面直徑17米,面積240平方米(右圖),巨大的反射面聚焦微弱的只持續(xù)有2-3納秒(十億分之一秒)的切倫柯夫光,能夠探測來自地面的低能伽瑪射線,可探測的最遠(yuǎn)距離為80億光年。17米的鏡面用激光自動(dòng)調(diào)整聚焦。MAGIC于2004年正式運(yùn)作,主要由INFN、PADOVA大學(xué)、SIENA大學(xué)和UDINE大學(xué)的研究人員參加。

  • MACE [Major Atmospheric Cerenkov Telescope Experiment] (project in India)

  • VERITAS [Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System] (under construction in Arizona, USA)

超高能輻射成像望遠(yuǎn)鏡陣列系統(tǒng)VERITAS(Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System)是7架一組的望遠(yuǎn)鏡陣列(左圖)。

 
    
Solar power facilities as light collectors:
  • CACTUS [Converted Atmospheric Cherenkov Telescope Using Solar-2] (Initially called Solar Two Observatory.)(右圖)

  • CELESTE [CErenkov Low Energy Sampling and Timing Experiment] at Thémis, France

  • GRAAL [Gamma-Ray Astronomy at ALmeria] near Almeria, Spain (operational 1998-2001), link not operational

  • STACEE [Solar Tower Air Cherenkov Experiment] at Sandia Labs, New Mexico

Cherenkov counter arrays:
  • AIROBICC (non-imaging counters in the HEGRA array)

  • BLANCA [Broad LAteral Non-imaging C(h)erenkov Array] (at , see paper)

  • TUNKA-25 (array of non-imaging counters near Lake Baikal)

Other Cherenkov light detection concepts:
  • SPHERE (a balloon project looking for light reflected on snow)

  • GAW Gamma Air Watch (a project using Fresnel lenses for imaging).


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