北京时间6月12日0时05分，美国航空航天局（NASA）将其最新研制的γ射线大视场空间望远镜（GLAST）送上了太空。在未来几年中，GLAST将向世人展现宇宙深处最高能的爆发现象——
1967年7月，美国用来监测前苏联太空核试验的侦察卫星突然探测到了两个γ射线闪光。在一阵紧张之后，科学家们很快发现这两个高能爆发并非来自核爆炸。因为核爆炸所产生的γ射线会持续更长的时间，而且卫星上的其他仪器也会探测到核爆炸所产生的其他能量更低的辐射。数年之后，科学家们终于意识到这些被称为γ射线暴（GRB）的事件其实来自于宇宙深处。原本美国发射这颗卫星的目是想刺探别国的隐情，结果却发现了宇宙深处不为人知的秘密。
捕捉γ射线
这个缘自巧合的发现在电磁波谱的最高能端（γ射线波段）为人类打开了一扇通往未知的窗口。从那以后，天文学家们向太空中陆续发射了一系列的γ射线望远镜来探测从中子星碰撞到超大质量黑洞喷流辐射等纷繁复杂的高能天体物理现象。
现在，科学家们即将在γ射线波段打开一扇比以前更为宽广的窗户。NASA的GLAST可以观测到能量比目前探测极限还要高几个量级的γ射线辐射，同时它还将是第一架可以在一天之内对全天进行数次扫描的γ射线望远镜。这使得它对于宇宙中的任何极端天文现象都具有极高的捕捉和跟踪能力。
GLAST极高的灵敏度和强大的搜寻能力将为科学家提供大量的观测数据，这有助于回答诸如超大质量黑洞如何和物质相互作用、宇宙线如何形成等诸多问题。另一个引人入胜的是，GLAST的观测将帮助物理学家们了解占据宇宙23%的暗物质的基本属性。这两者使得GLAST的探测目标涵盖了小到宇宙中基本的微观粒子、大到星系中央的惊人黑洞。加州大学洛杉矶分校的天文学家勒内•昂（Rene Ong）说：“天文学和基本物理学即将在我们面前翻开激动人心的一页。”值得注意的是，GLAST和先前绝大多数空间望远镜有着显著的不同，那就是它可以实时地向全世界任何一个角落的人提供观测数据。
GLAST主要装置
价值6.9亿美元、耗费超过10年时间的GLAST堪称工程上的杰作，主要仪器是一个重达3吨、被称为“大面积望远镜”（LAT）的探测系统。这个系统由一个用于测量γ射线入射方向和一个用于测量γ射线能量的装置组成。用于测量入射γ射线方向的探测器是一个4×4的方阵，其中每一个单元由多层钨和硅交叠复合而成。当一个γ射线光子入射到钨层上时，其能量就会转变成一对正负电子。而这对正负电子又会沿着γ射线光子的路径继续运动。当它们通过硅层时就会产生电流，由此可以推测出它们的方向。随后它们会进入一个装有碘化铯的舱室——LAT的能量测量装置，在那里它们会产生闪光。根据闪光的强度，可以确定电子对的运动速度，进而可以推算出γ射线的能量。
层叠状的设计使得LAT比起以前的γ射线望远镜（例如康普顿γ射线天文台上的高能γ射线实验望远镜）有着大得多的接收面积。NASA戈达德航天中心的GLAST项目科学家史蒂文•里茨（Steven Ritz）解释说，由于高能γ射线光子非常稀少，灵敏度较低的望远镜很难探测到它们。因此接收面积越大意味着捕捉到γ射线光子的概率就越高，而这正是探测所需要的。由此LAT可探测到的γ射线能量可以达到3000亿电子伏特，是高能γ射线实验望远镜探测上限的整整10倍。
GLAST上还有一台专门用来探测LAT无法探测的能量较低的γ射线的仪器，被称为GLAST爆发监测器（GBM）。它由可以覆盖全天、指向不同的12个碘化钠晶体盘和2个锗化铋晶体盘组成。当能量较低的γ射线打到这些盘上时会产生光子，科学家们只要根据哪个盘出现了光子就能确定γ射线的入射方向。GBM可以探测能量在1万电子伏特到2500万电子伏特之间的γ射线光子，其探测的高能段正好和LAT的能量探测下限（2000万电子伏特）重合。
工程设计上的一大挑战是如何确保卫星太阳能电池板所提供的微弱电力可以维持整个探测系统的正常运转。领导GLAST探测器阵列研发的加州大学圣克鲁兹分校的物理学家罗伯特•约翰逊（Robert Johnson）说，其中的秘诀是简化电子器件和线路。“最终我们把探测器阵列的功率降低到了160瓦，”他说，“这和几个家里用的灯泡的瓦数相当。”
黑洞和强光
天文学家们渴望GLAST可以告诉我们星系中央超大质量黑洞周围正在发生些什么？这些黑洞的质量可以达到几十万甚至几十亿个太阳质量。当这些黑洞的强大引力将物质吸入围绕它们的吸积盘时，在黑洞的两极就会形成垂直于吸积盘接近光速的超高速粒子喷流。如果这个活动星系核（AGN）的喷流恰好指向地球，天文学家们便称其为“耀变体”，其所产生的辐射涵盖了整个电磁波谱，其中自然也包括了高能γ射线。
康普顿γ射线天文台在轨运行时一共发现了66个耀变体。天文学家们一直对黑洞是如何将粒子加速到如此高的速度迷惑不解。里茨说，由于灵敏度更高、成像也更尖锐，再加上极强的巡天能力，因此GLAST预期可以发现数千个新的耀变体。他估计，耀变体和活动星系核将是GLAST数据分析中最常见的天体。
波士顿大学的天文学家艾伦•马什（Alan Marscher）对此表示同意。马什及其同事根据对耀变体在X射线、射电以及可见光波段的观测提出，由于围绕黑洞的吸积盘使得星系中心的磁场发生扭曲导致了其核心粒子喷流的辐射。他说，通过观测不同耀变体γ射线辐射随时间的变化情况，GLAST将帮助他们来检验这一理论。“我们推测γ射线、X射线、可见光以及射电波段的爆发彼此之间会存在时间延迟，”马什说，“这一现象可以让我们更深入的一窥耀变体的核心。”
技术人员正在进行GLAST的最后安装工作
胜过大型强子对撞机？
参与GLAST的科学家们都一致认为，GLAST是粒子物理学和天文学的完美结合。一些人希望GLAST在暗物质方面的斩获可以向世人完美地诠释这一点。
正如它的名字一样，除了引力作用以外，天文学家们无法看到暗物质。许多理论家认为，暗物质是由至今仍然未知的“弱相互作用大质量粒子”（WIMP）所组成的；而探测WIMP则是由欧洲核子研究中心（CERN）耗资57亿美元建造、计划今年夏天运转的大型强子对撞机（LHC）的主要目标之一。即使WIMP在对撞机中被发现了，物理学家还是需要证实它们在宇宙中是否确实构成了暗物质。这就使得GLAST有用武之地了。
按照理论计算，两个WIMP粒子之间的碰撞概率是及其微小的。但是一旦发生碰撞，就会彼此湮灭并且释放出γ射线。因此这些碰撞在星系这样一个富含暗物质的地方是最有可能发生的。
“我们将对准一些已经选定的方向来看GLAST是否会探测到额外的γ射线，”约翰逊说。约翰逊为GLAST工作了10年，之前他是一个粒子物理学家，现在是GLAST暗物质科学小组的召集人之一。“最梦幻般的情景是我们在LHC运转之前观测到来自暗物质湮灭的信号，”他微笑着说，“如果我们能第一个观测到并且确定该粒子的质量的话，那真的可以堪称完美。”
美国费米国家加速器实验室的理论物理学家丹•胡珀（Dan Hooper）说，GLAST的观测将帮助LHC来确定WIMP。LHC一旦开始工作便会产生大量的数据，GLAST对WIMP湮灭的观测将有助于LHC的科学家从浩如烟海的数据中锁定目标。他说：“如果你想进行大海捞针式的搜寻，那么知道针的大小无疑是很关键的。”不过，胡珀担心WIMP碰撞产生的γ射线可能太暗以致于GLAST无法观测到。
当GLAST源源不断地传回数据的时候，科学家们会千方百计地从中挖掘出他们想要的东西。例如，GLAST项目科学家尼尔•格雷尔斯（Neil Gehrels）说，GLAST也许可以捕捉到蒸发中的小型原初黑洞，这将证实史蒂芬•霍金（Stephen Hawking）的黑洞蒸发理论。在霍金的理论中，黑洞将以γ射线爆发来最终结束它的整个蒸发过程。
里茨说：“这将会是最有意思的观测，它会给我们带来全新的、完全意料之外的东西。”犹如见证GRB的发现过程一样，GLAST也必将会开启一条新的发现之路。