1210243_王子祺_宇宙线实验期末作业_swift实验

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1、SWIFT实验（伽马暴空间探测器）1210243王子祺伯苓班1、实验目的（Motivation）伽马射线暴发（Gamma-rayburst：GRBs）是除宇宙大爆炸外能量最高的宇宙射线暴发。平均下来大约每天在我们的宇宙中都会发生一次伽玛暴（我们能探测的）——这种短暂但极其强烈一闪而过的伽马射线事件。他们会从天空的各个方向出现，持续长度也从几百秒到几百万秒不等。迄今为止还尚未有一种靠谱的理论能将这种宇宙现象完美解释。我们不知道这些信号来自哪里，是来自于大质量星球被黑洞吞噬（或其本身变为黑洞）？或是来自中子双星的周期运动？亦或是源自某些未知的

2、宇宙现象（比如玄乎其神的夸克星与类星体）？并且这些高能伽马射线又会进一步引起那些宇宙学现象？图1-恒星演化模式图（在坍缩为黑洞时会发出强烈的γ暴）解决这一系列的追问迫使我们不得不对宇宙中的GRBs进行精确地测量。在1996年NASA曾发射过BeppoSAX卫星用来进行γ暴的探测，1997年二月BeppoSAX首次观察到了γ暴并用它所携带的X射线探测器很迅速的测定了其来源方向。而现在Swift将成为定量的给出这些问题以答案的更加强有力的工具。我们将利用它解决伽玛暴之谜（起源之谜）~Swift的三个组成部分（下文介绍）可以将对伽玛暴的测定提升

3、到从未有过速度与精度。在最初的几秒即可发现并定位伽玛暴的来源，并将地址传输给地面基站。让全世界所有的地面和空间探测器都有机会观察伽玛暴的余晖（GRB’sAfterglow）。在几种对γ暴起源的假设模型中，γ射线瞬间暴发后应衰退为由喷射物和星际气体碰撞产生波长更长的射线。通常将这种现象称为余晖（Afterglow），在γ暴的研究中有很重要的地位。对余晖的测量可以帮助我们了解γ暴与星际物质的相互作用和其起源。早期（该系列实验前）对γ暴观测的不成功源于不能在暴发后短时间内测定γ暴的来源，导致地面和空间探测器都不能记录到完整的余晖信号。而Swif

4、t由非常敏感的探测器组建，能快速响应并探测γ暴的来源，并进一步精确测定其余晖喷发。图2-BeppoSAX（1996-2002）1997年2月首次探测并定位伽玛暴实例图3-Swift效果图（2004-至今）2、实验设计（DiviceDesert）Ø简介Swift（雨燕）项目全名Swift伽马射线暴发探测项目（SwiftGamma-RayBurstMission）隶属于NASA，包括一个轨道空间探测器——Swift和相关地面基站。Swift于2004年11月20日17:16:00搭乘DeltaⅡ7320-10C运载火箭升空。Swift作为一个

5、多波段γ暴空间探测器，其由三个主要设备一起工作对γ暴在γ波段，X射线波段，紫外波段和可见光波段进行多波段探测。基于一个设备上的全空域连续扫描监测器，Swift可以利用动量回轮自动旋转到GRBs可能出现的方向。该项目的名称Swift（雨燕）并非是项目全称的首字母缩写，而仅仅是用来形容该设备快速（Swiftly）旋转方位的能力。Swift所有发现都能迅速传输至地面基站，这些数据能使得其探测机构和设备加入到Swift项目共同观测GRBs。在两次GRB发生之间的空闲时间，Swift可以做些其他的重要研究，大学和其他研究机构可以对设备资源进行申请进

6、行可能的观测。位于宾夕法尼亚州州立大学的Swift项目操作中心（MOC）可以操控卫星的状态。而位于戈达德太空飞行中心Swift科学数据中心（SDC）负责储存实验数据档案。Ø包含设备图4-Swift空间探测器组成部分Swift空间探测器主要由三个探测设备构成：暴发艾伦射线望远镜（BAT），X射线望远镜（XRT）和紫外/可见光望远镜（UVOT）。其中Swift负载的最大的一个设备就是艾伦射线望远镜（BAT），它可以同时观测全天1/6的区域。这使得BAT每年可以探测到100例以上的GRB事件。每当BAT探测到GRB事件，整个飞行器会迅速的自动旋

7、转自身方向，使得XRT和UVOT朝向GRB来源方向进行高精度的X射线波段和光学波段（紫外-可见光）的探测，分析各个波段的频谱信号。并精确确定其光学和X射线波段的射线来源位置Swift会测定绝大多数其发现的伽玛暴的红移（让科学家可以了解伽玛暴来源的距离并且计算出其绝对亮度）。并且Swift也会对伽玛暴的余晖提供详细的多波段的光强-时间曲线（让科学家调查伽玛暴发生地点周边的物理环境）。Swift所测得的关键数据将实时的传送到地面基站，令GRB合作网络（GCN）能够迅速的将重要数据在网络上公布为其他地面和空间探测系统提供探测和学习伽玛暴的机会。

8、Swift也可以在空闲时间利用BAT进行全天低能量伽马射线研究，其灵敏度比任何之前的设备要高。Swift在信号转换率达到峰值时可以在75s内转换1050的数据，并且其在线信号下载/传输的速度平