Γ射线天文学
Γ射线天文学（ γ-ray astronomy ），观测和研究发生在宇宙空间和高能天体上的γ射线辐射过程的学科。覆盖硬X射线能量以上的整个高能电磁辐射能区（约105～1021电子伏）。天体过程中的核γ谱线的能量与元素的成分有关，是原子核能级跃迁或放射性衰变的产物，一般在数十千电子伏至十兆电子伏量级。能产生γ射线连续谱的都是非热物理过程。由于低能区的软γ射线可与X射线起源于相同的物理过程，如同步辐射、逆康普顿辐射等，因而与硬X射线没有明显边界。γ射线的产生和高能电子直接关联，能量高于100兆电子伏的高能γ光子则与高能质子、宇宙线的作用过程密切关联。γ射线有极强的穿透力，运动方向不受磁场的干扰，能直接给出高能宇宙线在起源处的信息，因此γ天文学也是研究宇宙中高能粒子的重要工具。能量在105～1021电子伏上下几个量级的γ射线会因为与星光、微波背景等背景光子的光致电子对产生作用而不能到达地球，宇宙对这一能段的光子是不透明的。
发展简况
从1948年开始就有人陆续在高空气球或火箭上进行宇宙γ射线探测，但都未获成功。1961年4月27日美国发射第一个探测宇宙γ射线的卫星“探索者”11号，共测到22个来自天空各个方向的γ射线事例，被认为是γ射线天文的开端。1969年开始的维拉系列卫星上放置了低能γ射线探测器，1972年宣布发现了宇宙γ射线暴。1972年11月美国发射第一颗高能γ射线专用小天文卫星SAS2，发现了与银河结构相关的弥漫γ射线背景发射。1975年8月至1982年4月，欧洲空间局发射的γ射线天文卫星COS-B，用火花室测量50兆电子伏至5千兆电子伏的高能γ射线，用7年时间共获得全天20万个高能光子，作出了银河坐标的γ射线天图，发现了蟹状星云等20多个高能γ射线点源结构，其中的CG195是第一个高能γ射线点源。1991年4月至2000年6月美国康普顿γ射线观测站(CGRO）上放置的4个探测器，即γ射线暴探测器(BATSE)、指向闪烁探测器(OSSE)、成像康普顿望远镜(COMPTEL)、高能γ射线实验望远镜(EGRET)，覆盖能区30千电子伏至30吉电子伏，取得了一系列重要成果。2002年10月，欧洲空间局又发射了国际γ射线天体物理实验室(INTEGRAL)，重点对15千电子伏至10兆电子伏能区的能谱测量和天区成像，并包括X和光学波段的协同监测。至今40多年的观测，向人类展现了一个变化着的γ射线星空，其来源可从现在一直追溯到宇宙早期。
特点
γ射线天文观测的难度比其他波段要大得多：一是因为光子的能量越高，流量越低；二是因为光子的穿透率极强，探测效率受到影响；三是可用的探测技术限制了仪器的角分辨能力，定向困难；四是能量跨度大，不同能量的光子产生机理很不相同，采用的方法和观测的进展也就不同。
观测技术
至今卫星上的γ射线探测可到10吉电子伏。对兆电子伏左右的软γ射线的探测可采用与硬X天文类似的探测器和方法。如用闪烁探测器构造位置灵敏探测器，用编码孔成像方法实现成像；用半导体探测器测量能谱等。能量高些，在CGRO卫星上曾用双康普顿谱仪对0.8～30兆电子伏能区的γ射线粗略成像。正负电子对产生的作用截面随γ射线能量的增高而增大，电子对的张角随之减小。利用这一特点，对大于50兆电子伏的γ射线，可用火花室、漂移室测量电子对的张角，用量能器测电子对的能量，以此确定入射光子方向和能量。如CGRO上的EGRET，观测能区0.03～10吉电子伏在0.1吉电子伏和1吉电子伏时的角分辨分别为2.8°和0.6°。100吉电子伏以上的甚高能γ射线可用地面的切伦科夫探测器进行观测。高能光子在进入地球大气层后会产生电磁级联，其中的次级电子会产生切伦科夫辐射，通过测量可判知入射光子的方向和能量。
主要成果
太阳的γ射线发射主要来自一类被称作太阳质子事件的高能太阳耀斑，它们出现于光学耀斑的初始阶段，与脉冲射电爆发、硬X射线爆发紧密相联系。γ射线连续谱的通量下降很快。有的太阳质子事件还有核谱线发射，1972年8月4日和7日两次太阳强耀斑事件上发现了511千电子伏的正负电子湮没线，2.23兆电子伏中子–质子俘获线，以及4.4兆电子伏（碳原子）和6.1兆电子伏（氧原子）的核激发退激谱线。
对兆电子伏能区非太阳谱线的主要观测成果，除了银心方向的511千电子伏谱线以外，要数COMPTEL望远镜发现并测量到的1.8兆电子伏谱线及其银河坐标天图。该谱线是铝的放射性同位素26Al的衰变产物，分布表明26Al和银河系中的重质量恒星区域成协，应该是恒星核综合过程的产物。
在兆电子伏能区，一个最重要的成果是宇宙γ射线暴(GRB)的发现和观测研究，γ射线暴随机出现，流量上升快，持续短，暴源尺度小，BATSE作出了2 704个γ射线暴的天球分布，确认了它们在全天的各向同性和视向的不均匀分布。1997年意大利BeppoSax卫星首次发现了宇宙γ射线暴的软X射线余辉，以后全球的多波段联合观测获得了光学和射电余辉，并得到了40多个GRB宿主星系的红移，说明GRB是发生在河外星系中的恒星量级的爆发。所得的红移值都大于0.2，如果能得到更多的测量样本的确认，这将说明GRB产生于早期宇宙中而不是现在。见γ射线暴。
在50兆电子伏以上的高能γ射线能区，EGRET观测已可全面地描述一个γ射线星空（见图）。银面上一个很强的弥漫γ射线分布，主要来自于宇宙线和银河系星际物质的相互作用，以及银河系氢分子云的分布有相当的关联。从高银纬处可看到存在于全天区的一个很弱的各向同性弥漫背景发射，现认为是河外活动星系核的贡献。在γ射线点源的研究中，发现了CG195是银河系最亮的γ射线脉冲星，除X射线波段有脉冲光度外，光学和射电都没有发射；确认了蟹状星云是从射电直至高能γ辐射能谱分布最宽的脉冲星。令人意外的是，EGRET共发现了271个γ射线点源，在其中已经证认的101个源中，只有5个是射电脉冲星，比预想的数量少得多。然而有93个是未曾预想到的蝎虎座(BL Lac)活动星系核，又称Blazar，如2C279、3C273等。它们都是高能γ射线变源，强射电星系，具有高光度和光度的剧烈变化，核心有相对论喷注，有非热能谱。这说明γ射线星空在不断地变化。
100千兆电子伏以上的能区，通过地面设备观测，共发现分立γ射线点源18个，如超新星遗迹蟹状星云、维拉等，双星CenX–3，射电星系M87,Blazer Mrk421、Mrk501等。
γ射线天文学的发展期待着探测技术的变革，能量分辨和角分辨的提高以及观测面积的扩大。已经将上天的卫星有测量γ射线暴的SWIFT、高能γ射线卫星GLAST等。γ射线天文学领域仍有许多留待人类填补的空白和问题。
