60、超高能伽马射线望远镜：原理、挑战与进展

超高能伽马射线望远镜：原理、挑战与进展

1. 伽马射线观测的基础问题

在伽马射线观测中，存在诸多需要解决的基础问题。首先，对于未被检测到的大气簇射，需要进行相关校正，以恢复大气层顶部的簇射率。其次，为了解释伽马射线的发生率，必须将测量结果置于特定的能量范围内，这通常需要通过模拟来确定仪器可检测到的伽马射线的能量范围。最后，所测量到的大气簇射率并非仅代表伽马射线，还包含了能够产生到达地面的大气簇射的相对论性带电粒子。宇宙射线产生的大气簇射数量远远超过伽马射线产生的簇射，简单的探测器阵列在排除这种大量背景干扰方面能力有限。

2. 水切伦科夫望远镜（WCTs）

2.1 望远镜设计要求

水切伦科夫望远镜（WCTs）通过检测到达地面并直接撞击仪器的粒子来探测大气簇射。这对望远镜的设计提出了一些要求：
- 大面积覆盖 ：组成望远镜的探测器阵列必须在地面上覆盖很大的面积，这对于限制簇射在地面的大小和位置、增加总体收集面积和提高灵敏度都非常重要。例如，1 TeV的伽马射线在海平面平均会产生直径为100 - 200 m的簇射，望远镜应足够大以包含簇射的横向范围。
- 探测器密度 ：虽然望远镜整体要足够大来包含和表征簇射，但单个探测器不一定需要紧密排列。对于由高能原初粒子产生的大型簇射，只需稀疏采样就能了解其特征。然而，对于较小、较低能量的簇射，探测器阵列的覆盖率就变得非常重要。高密度的水切伦科夫探测器阵列对低于100 TeV的伽马射线具有更高的灵敏度，而紧密排列的阵列或有仪器装备的水池，如Milagro，在接近100 GeV时能提供与卫星仪器相当的有效面积。