“猛犸杀手”的钻石“名片”
12,900年前一场由彗星瓦解的碎片引发的大范围流星雨降临在了北美冰原之上。这场突如其来的灾难可能直接导致了猛犸和其他大型哺乳动物的灭绝，以及古印第安克罗维斯文明的消失。它还引发了犹如重返冰川期一般的寒冷气候，并且持续了大约1,000年。
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[图片说明]：摘自。
时间重新回到当代。大概除了《这个男人来自地球》（The Man from Earth）中的约翰・奥尔德曼（John Oldman），地球上没有人亲历过这一灾难性的事件。既然没了人证，那么剩下的就只有物证了。
外来天体的撞击通常会带来许多钻石，不过这些钻石只有几个纳米的大小。目前已经发现了“恐龙杀手”留下的几吨纳米钻石。这些钻石可能是小天体从其他遥远的星球带来的，也可能是在撞击的过程中由石墨转化而来的，又可能是在撞击产生的碳蒸汽中凝聚而来的。
通过透射电子显微镜和电子衍射分析，美国俄勒冈大学的地质考古学家道格拉斯・肯尼特（Douglas Kennett）及其同事在广泛散布于北美的六个地点发现了纳米钻石。根据碳14年代测定，这些纳米钻石所处的沉积层可以追溯到12,900年前，而在它的上方往往会有一层特殊的、富含有机物的沉积。这层有机沉积物形成于持续了近千年的新仙女木时期的初期，这也正是克罗维斯文明和猛犸消失的时间。
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不过纳米钻石专家们的意见却是莫衷一是。怀疑者指出，电子衍射法得到的晶体结构并非钻石所独有，金属也可以产生同样的结果。即便是赞同的一方也有所保留，认为当务之急是搞清楚这些钻石和天体撞击之间的关系。通过对撞击岩和抛射物的分析发现，许多钻石会被抛撒到很远的地方，并且在地质不活跃的地方累积起来，例如湖底、沼泽以及深海底部。但是目前鲜有科学家在这些地方搜寻过钻石，这就在纳米钻石的自然史上留下了一大片空白。
一个例外是，在采集自欧洲的原始森林、草原以及沼泽的将近70个样本中都发现了碳球粒。这些出自1或者2千年前土壤里的毫米级球粒和那些在新仙女木时期发现的极为相似。而且在球粒中还发现了纳米钻石，而这些钻石和从其他地方发现的也并没有大的差异。
因此这些纳米钻石来自何方目前还并不清楚，它们和撞击之间的真正联系也还有待更进一步地探寻。但有一点可以肯定，比起80年代恐龙灭绝的撞击说，现在对于外来天体的撞击已经有了越来越多的支持者。
锂：大爆炸理论的最后疑难？
宇宙大爆炸之后的最初几分钟里究竟发生了什么？也许有一种元素可以告诉我们……
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取下你的手机电池，你就能“亲密接触”一下已经存在了大约137亿年的一种化学元素。是的，它就是锂，化学元素周期表中排在第3位的化学元素。锂和其他的轻元素，包括氢和氦，被认为是在宇宙诞生之后几乎不到1秒钟的时间内由原初的核反应过程所形成的。在稍后的5分钟多一点的时间里，宇宙便“制造”出了现今宇宙中所有普通物质的基本成分。在其后的几十亿年的时间里，这些物质会慢慢聚拢成团最终形成我们今天看到的星系和恒星。
宇宙诞生早期的轻核形成过程被称为“大爆炸核合成”。我们对于大爆炸核合成的绝大部分过程的认识是极为准确的。事实上，对宇宙中氢和氦丰度（含量）的测量结果和理论预言的精确相符，因此许多宇宙学家将此做为支持大爆炸理论的最强有力证据。
然而，好事总是多磨的。在氢和氦取得“节节胜利”的时候，锂却出了点“问题”。测量到的锂的丰度总是和理论计算对不上。宇宙中的绝大部分锂元素是以锂-7的形式存在的，剩下的少部分则是以它的同位素锂-6的形式出现。同位素指的是具有相同质子数、不同中子数的同一元素的不同核素。例如，锂-7具有3个质子和4个中子，而锂-6则含有3个质子和3个中子。当天文学家们测量宇宙极早期锂-7的含量时，得到的结果只有理论计算的一个“零头”。更糟糕的是，当他们测量锂-6的含量的时候，得到的结果却比他们原先预计的多了1000倍。
这一现象立刻引起了天文学家们的高度关注。“如果锂丰度的偏差确实存在而且无法找到合理的天体物理解释的话，那我们的麻烦就大了，”美国俄亥俄州立大学的天文学家加里・斯泰格曼（Gary Steigman）说。
在天文观测手段不断完善的今天，锂元素丰度问题的严重性愈加凸显，以致于许多科学家提出现在也许是该对宇宙的组成进行彻底仔细检查的时候了。他们想在大爆炸之后的最初几分钟内引入新的特殊粒子，以此来重写宇宙中化学元素的形成过程。这一想法将对我们已有的对基本粒子、相互作用力乃至宇宙起源的认识产生深远的影响。
宇宙的最初5分钟
当然这已经不是大爆炸理论第一次面临挑战了。有人提出，引力异常、极遥远星系中出现的年老恒星以及宇宙微波背景辐射――宇宙大爆炸的余辉――中的奇异特征都是大爆炸理论存在问题的有力证明。而锂元素的丰度问题之所以这么严重，是因为宇宙学家们把对轻元素丰度的测量做为探知大爆炸之后几秒钟之内宇宙物理状况的最可靠途径。
大爆炸核合成的想法最初是在1948年由乔治・伽莫夫（George Gamow）、拉尔夫・阿尔弗（Ralph Alpher）以及罗伯特・赫尔曼（Robert Herman）共同提出的。他们的理论描述了原子核是如何从由大爆炸产生的基本粒子（包括质子、中子等等）通过一系列核反应形成的。一旦中子和质子结合就行形成了氘核（氢的同位素，氢原子本身只含有一个质子不含中子），更重的元素就可以通过氘核俘获中子随后部分中子发生β衰变成质子而形成。
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[图片说明]：（左起）乔治・伽莫夫、拉尔夫・阿尔弗和罗伯特・赫尔曼。
当时伽莫夫认为所有的元素都是通过这种方式形成的，但是事后发现这个想法是错误的。按照现代的大爆炸核合成理论，只有四种最轻的元素才是在大爆炸中形成的。宇宙中氢的含量在宇宙诞生之后的一秒钟内就已经确定下来了。
在宇宙度过了它的最初5分钟之后，宇宙中四分之一的普通物质变成了氦-4，再加上少量的氢元素同位素氘（由一个质子和一个中子组成）和氚（由一个质子和两个中子组成）。这时，一些氦-4会和氦-3发生反应形成铍-7，之后铍-7则会衰变成锂-7。其他的一些氦-4则会通过与氚的碰撞直接形成锂-7。至于元素周期表中较重的元素，它们都是由大爆炸之后几十亿年所形成的恒星制造出来的，并且通过超新星爆发播撒到星际空间的。
虽然最早的理论在细节上还存在一点问题，但是伽莫夫、阿尔弗和赫尔曼惊人地预言了宇宙微波背景辐射的存在，这比最终发现宇宙微波背景辐射早了将近20年。他们认为宇宙曾经必定是高温、高密的，否则核反应的速率达不到所需的要求。为了确保这一点，他们假设在宇宙的最初几秒内，每个质子或者中子都会受到十亿个光子的撞击。这些光子会一直保留到今天，但是由于宇宙的膨胀它们的波长都已经被“拉伸“到了微波波段。
大爆炸核合成理论的绝妙之处就在于它提出宇宙中的轻元素丰度只和一个基本参数有关，那就是重子数和光子数之比。这里所说的重子包括质子和中子。形象地说，重子数和光子数之比描述的是宇宙中的每个质子或者中子可以“分摊”到多少个光子。不要小看这么一个看似不起眼的参数，正是它决定了我们宇宙的命运是永远膨胀下去还是最终重新坍缩到一点。同时它还为宇宙中的绝大部分物质是暗物质提供了强有力的支持。
然而，直到最近重子数和光子数之比依然很难精确测量。因此，差不多40年来，天文学家们都是通过测量极早期轻元素的丰度（尤其是氘的丰度），然后再根据大爆炸核合成理论来反推重子数和光子数之比的。而为了测量早期元素的丰度就必须观测宇宙中最年老的恒星和星系，因为它们还没来得及被超新星爆发抛出的重元素所“污染”。
例如，为了寻找氘，天文学家们会研究位于我们和遥远类星体之间的尘埃云。由于尘埃云中的某些元素（例如氘）会吸收某些特定波长的光，因此它们会在类星体光谱的某些特定波长上形成暗线（吸收线），而这些吸收线的强弱就能反映出氘的多少。
但是近年来，这些测定重子数和光子数之比的方法已经被更精确的测量微波背景辐射中的涨落的方法所取代。这使得天文学家们可以更严格地来检验大爆炸核合成理论。通过采用由测量微波背景辐射得到的重子数和光子数之比，大爆炸核合成理论应该可以得到和已有观测相符的宇宙早期轻元素丰度。“这一检验对于我们极为重要，”美国普林斯顿大学的吉姆・皮布尔斯（Jim Peebles）说。他在1965年便预言了宇宙中轻元素的丰度，是最早做出这一预言的科学家之一。
祸不单行
从2003年美国宇航局的威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）以前所未有的精度测量微波背景中的温度涨落以来，由大爆炸核合成理论所预言的锂含量问题开始逐渐显露出来。根据WMAP得到的最新数据，由大爆炸核合成理论计算可以得到，在宇宙早期每1百万个氢原子会对应于大约8万个氦-4、10个氘和氦-3以及一万分之一个锂-7。
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[图片说明]：威尔金森微波各向异性探测器和宇宙演化时间线。版权：NASA。
按照斯泰格曼的说法，目前观测到的氘丰度和理论预言的氘丰度“完美吻合”。对于氦，尽管大体吻合，但是仍有一些小的偏差。但是对于锂问题就比较严重了。对星系中最年老恒星的观测发现，锂-7的含量只有大爆炸核合成理论预言的三分之一。
align=right alt="锂：大爆炸理论的最后疑难？"> 不过也并不是所有人都对此惊慌失措。毕竟，恒星内部以及宇宙线和星际气体的碰撞也能产生锂。和许多天体物理学家一样，瑞典乌普萨拉大学的安德鲁斯・科恩（Adreas Korn）怀疑通过更好地了解恒星而不是修改大爆炸理论即可解决这个问题。2006年他的小组使用甚大望远镜研究了18颗处于不同演化阶段的老年恒星。他们发现，恒星内部的物质对流过程会破坏锂元素。在这些老年恒星中锂元素被破坏的数量正好可以填补观测和理论预言之间的空缺。他们目前正计划使用甚大望远镜和凯克望远镜进行更精细的测量来确认这一点。
[图片说明]：安德鲁斯・科恩。请注意他的帽徽。
然而与此同时，锂元素丰度所出现的问题却在不断“恶化”。两年前，现在在德国马普天体物理研究所的马丁・阿斯普伦德（Martin Asplund）及其同事在24颗老年恒星中发现了不同寻常的大量锂-6。这样一来，单一个锂元素就出了两个问题。
在大爆炸核合成理论中也能产生锂-6，但是绝对没有阿斯普伦德观测到的那么多。他观测到的锂-6含量超过理论预言的1000倍。于是确认或者否定锂-6的观测结果就成了当务之急，因为锂-7的缺失和超出预言的大量锂-6可能意味着在宇宙早期还存在新的不为人知的基本粒子。
不过精确测定锂-6的丰度是一件极为困难的事情。阿斯普伦德和其他四个天文学家花了差不多5年的时间来分析他们的结果，其部分原因是锂-6的光谱信号会和更普遍的锂-7的光谱信号交叠在一起，而且后者的强度是前者的20倍。“对这个问题的最佳解释是其实我们目前还没有测得锂-6的真正丰度，”法国巴黎天文台的罗歇・凯雷尔（Roger Cayrel）说，2007年他和他的同事通过对单颗恒星的光谱进行更详尽的分析对阿斯普伦德的结果提出了质疑。看来对锂-6丰度的不同测量结果在短时间内还无法调和。
最近，阿斯普伦德的小组使用夏威夷的凯克望远镜又观测了10颗恒星。目前他们得到的结果更糟，许多恒星的锂-6含量甚至比第一批观测的还要高。现在他们正在进一步分析这些结果，期望能尽早公布结果。
英国牛津大学的理论宇宙学家约瑟夫・西尔克（Joseph Silk）相信，只有引入新的粒子才能解决锂的丰度问题。“尽管我们还需要进一步地认识锂这种元素，但是我不相信这是一个通过恒星内部的物理过程就能解决的问题，”他说。
西尔克是怀疑存在未知粒子改变大爆炸核合成过程中甚至之后锂元素丰度的众多科学家之一。这一想法的绝大部分来源于超对称理论。超对称理论是对目前粒子物理标准模型的扩展，它认为每一种已知的粒子都有一个大质量的伴随粒子。
超对称可以“一箭双雕”地解决锂-6和锂-7的问题。2004年法国蒙彼利埃大学的卡尔斯顿・让达齐克（Karsten Jedamzik）发现，如果在宇宙的最初几分钟内传播引力的引力子具有伴随粒子的话，那么这些伴随粒子的衰变就会影响中子和质子之间的相互作用。即使只多出微量的中子，那也足以使得锂-7形成的时间比标准大爆炸核合成理论要求的大幅提前。正因为如此，提前形成锂-7会由于当时宇宙的温度过高而被摧毁。这正好解释了锂-7的缺失问题。
多出来的中子还会把氦-4“撞碎”成一个质子、一个中子和一个氚。氚可以和其他的氦-4继续发生核聚变反应生成锂-6。让让达齐克真正兴奋的是，这样一个简单的反应链就可以解决锂元素的双重丰度问题。
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[图片说明]：宇宙大爆炸中的元素合成。
几年之后，加拿大圆周研究所的马克西姆・伯斯派洛夫（Maxim Pospelov）提出，超对称粒子可以在第二轮的核合成中扮演催化剂的作用。他证明，如果在早期宇宙中存在τ子带负电的伴随粒子，那么它们会在大爆炸之后的15分钟里和带正电的铍-7相结合。这一特殊的结合体会进一步俘获一个质子，然后衰变成两个氦-4而不是锂-7。
伯斯派洛夫还说，τ子伴随粒子的存在不仅仅会减少锂-7的含量，还会促进锂-6的形成。在大爆炸之后的差不多3小时，一小部分的氦-4会和τ子的伴随粒子结合。结合之后的产物和氘会发生核反应，其产生锂-6的效率是传统氦-4反应的10000倍。阿斯普伦德说，有一个粒子物理学家甚至告诉他，锂-6丰度的观测结果“也许是现今支持超对称的最强有力证据”。
但是在超对称得到直接验证之前，这些模型恐怕很难说服所有人。科恩说：“在粒子物理学家的解释真正兑现之前，恒星内部的混合效应是无法被排除的。”
也许真相很快就能大白于天下。有科学家提出，其实没有必要为了锂元素问题的粒子物理或者天体物理解释争得面红耳赤，也许一年之内谁是谁非就能见分晓了。现在全世界的目光都聚焦在了欧洲的大型强子对撞机上。它的主要目的之一就是寻找支持超对称的证据。但是也不要过分乐观，因为引力子伴随粒子的相互作用极其微弱。而τ子伴随粒子的质量又很大，大型强子对撞机可能无法直接产生这些粒子。不过到天文学家们可以确认或者否定现有锂-6观测丰度的时候，也许宇宙的历史早已在实验室里被改写了。
百年通古斯
人类近代史上最剧烈的宇宙撞击事件至今仍是一个有待揭开的谜。
1908年6月30日的“通古斯”事件是注定要发生的。如果晚3个小时或者撞击点偏差4000千米的话，莫斯科就会遭到重创。然而“3小时”和“4000千米”对于宇宙而言根本就是微不足道的差别。
align=left alt="百年通古斯"> 在1972年阿瑟・克拉克（Arthur C. Clarke）写的小说《与拉玛相会》（Rendezvous with Rama）中，人类饱尝了外来小行星撞击地球的苦头。克拉克笔下2077年撞击意大利北部的小行星是虚构的，但1908年的撞击却是实实在在的。1908年6月30日的早晨，一颗外来小天体撞击了西伯利亚通古斯河流域的一个地区。由此上演了人类近代史上最剧烈的撞击事件，其爆炸的威力是广岛和长崎原子弹的数百倍。
[图片说明]：爆炸发生20多年之后，1929年通古斯地区已死亡的树木。
但是由于它发生在人迹罕至的地区再加上没有留下陨击坑，因此时至今日我们对通古斯事件也充满了暇想。几十年来，对通古斯事件的解释一直游走于科学和伪科学之间，其中包括反物质、黑洞、外星人飞船、导弹军事实验以及诸如《X档案》中的超自然神秘现象等等，五花八门。
现在在通古斯事件爆心的位置上竖起了一根用于供奉阿戈迪的图腾柱，在当地的神话传说中阿戈迪是掌管雷电的神灵。通往通古斯的道路是崎岖而漫长的，尽管如此这一片位于贝加尔湖以北1000千米处的神秘之地总能断断续续地吸引来一些科学家。他们会在图腾柱前留下贡品，来纪念这段漫长的旅程。然而，在爆炸发生之后的几年之内，却没有人到访过通古斯。直到20世纪20年代第一批科学家才踏上了这片土地。
但是这并不意味着当时就没有留下第一手的证据。虽然西伯利亚过去是、现在也是一片袅无人烟的地方，但是或多或少的总会有一些人注意到了这次爆炸。就在爆炸发生后的几天，贝加尔湖附近伊尔库茨克磁场和气象观测站的站长沃聂森斯基（A. V. Voznesenskij）便开始搜集关于这次爆炸的详尽纪录。“有人被爆炸掀翻在地，有人感觉到了炽热，犹如“衬衫在燃烧”。上百头驯鹿在爆炸中丧生，大片的树木则呈放射状地倒在地上。”在这份报告中，还明确给出了爆炸的源头。距离爆心200千米、位于库仍斯克的一个气象观测站站长库勒什（G. K. Kulesh）告诉沃聂森斯基说：“西北方出现了一根形如长矛的火柱。当火柱消失的时候，便传来了五声巨响，犹如大炮开火，一声接着一声。随后地面出现剧烈地晃动，玻璃窗也被振碎。这极有可能陨石撞击所产生的。”
在爆发发生之后数天，许多欧洲人经历了奇特的“明亮夜晚”。读者在给伦敦《泰晤士报》的信中写到，半夜可以在户外阅读报纸上的专栏。偏振测量发现夜晚的亮光来自高空大气中尘埃对阳光的散射。北半球的天文台也观测发现地球大气不透明度有所升高。这些弥漫的尘埃可能就是由通古斯爆炸抛射入地球高层大气的。1994年舒梅克-列维9号彗星撞击木星时也发现了类似的现象。美国新墨西哥州桑迪亚国家实验室的马克・博斯劳（Mark Boslough）及其同事给出的流体力学模型显示，类似通古斯事件的撞击可以在地球上形成尘埃云。
align=right alt="百年通古斯"> 然而，有一条很好的理由可以来怀疑通古斯事件的小行星解释。因为小行星撞击会带来大量的铁，但是1927年由苏联政府资助的、陨石专家莱昂纳德・库里克（Leonid Kulik）率领的第一次实地考查却没有找到铁的证据。不仅如此，连陨击坑都没有发现。（现在发现通古斯附近的切科湖可能是当时留下的陨击坑，不过还有很大的争论。）尽管这样，大面积倒下的树木证实了爆发的确发生过，但是地面上并没有留下大坑。那么究竟发生了什么？
[图片说明]：通古斯事件爆心的位置上竖起的一根用于供奉当地雷电之神阿戈迪的图腾柱。
20世纪40年代。美国天体物理学家哈洛・沙普利（Harlow Shapley）提出，没有留下陨击坑是由于撞击天体本身的性质所造成的。如果造成通古斯事件的是一颗彗星，由于彗星自身质量较小且结构松散，那么它在空中就会爆炸解体。这个观点盛行了几十年。1982年行星科学家们提出密度为3千克每立方米的超低密度彗星的解体爆炸是通古斯事件的罪魁祸首。
其他的解释相比而言逊色不少。苏联科幻作家亚历山大・卡赞采夫（Alexander Kazantsev）1946年提出，如果像沙普利所说的最佳解释是彗星高空爆炸的话，那么外星人核动力飞船在着陆前的爆炸也能造成类似的结果。这个想法在其后的几十年了也受到了不少追捧。
在不同的时间，也有许多人提出了反物质解释。1940年，美国联合大学的弗拉迪米尔・罗杨斯基（Vladimir Rojanski）提出一些流星和彗星可能是由反物质组成的并且它们的奇特行为是可探测。（30多年后罗杨斯基提出有必要检验一下科胡特克彗星是否由反物质组成。）1941年美国俄亥俄州立大学的林肯・拉帕兹（Lincoln LaPaz）在《大众天文学》杂志上发表了两篇文章，认为地球上的大型陨击坑以及未找到陨击坑的通古斯爆炸都是由于反物质流星造成的。此后他给苏联科学院写信，提议在事发地点探测同位素异常。
放射性遗迹
10多年之后，美国佛罗里达州立大学的研究生菲利浦・怀亚特（Philip Wyatt）以及和爱因斯坦一起撰文研究量子力学佯谬的波里斯・波多尔斯基（Boris Podolsky）也参与到了这个问题中。波多尔斯基把罗杨斯基1940年的论文给了怀亚特，并建议他研究撞击的数据。目前为怀亚特技术公司执行总裁的怀亚特说，他当时的兴趣集中在寻找放射性物质残留上，并且在《自然》杂志上就这一问题发表了文章。
align=left alt="百年通古斯"> 1965年三个杰出的美国科学家又拓展了这个想法，这其中包括1960年诺贝尔奖的得主威拉德・利比（Willard Libby）和中微子的发现者之一克莱德・考恩（Clyde Cowan）。碳-14计年方法的提出人利比发现了支持反物质撞击的证据。全世界范围内树木1909年的年轮中碳-14含量较高，预示了当反物质与大气层接触湮灭释时放出了大量的同位素。但是即便在那个年代也有很好的证据能否定这个论点。当时的第一颗γ射线探测卫星并没有探测到任何来自邻近宇宙中反物质湮灭所产生的辐射。
[图片说明]：通古斯事件爆心的地理位置。
更极端的是，1973年两个美国德克萨斯大学的物理学家提出造成通古斯事件的元凶是一个穿过地球的黑洞。当时史蒂分・霍金（Stephen Hawking）正好提出了微型黑洞的假说。同样的，这个解释也是不完善的。它要求黑洞从地球的另一端穿出，但由此造成的紧接着通古斯爆炸的地震信号并没有被观测到。类似地还有一些综合前人的有趣想法。例如，在1989年有人提出，一颗富含氘的彗星通过进入大气层之后获得的高温和高压最终变成一颗氢弹，引发了通古斯爆炸。
尽管有目击者称看到有火球划过天空，但另一种观点则认为爆炸的源头在地表之下。他们认为从地下涌出的1千万吨甲烷随后在高空爆炸导致了通古斯事件。还有一些人则认为是特殊的地球物理过程触发了通古斯事件。
一锤定音的时刻
所有的这些解释，不管它有多光怪陆离，都试图想解释为什么通古斯事件没有留下陨击坑。到20世纪60年代，人们已经普遍接受了外来天体撞击是形成全世界的各大陨击坑的原因。但这样一来没有找到陨击坑的通古斯事件就显得更加扑朔迷离了。1993年克里斯・查巴（Chris Chyba）、凯文・赞尔（Kevin Zahnle）和保尔・托马斯（Paul Thomas）终于让所有疑团尘埃落定。借住于为核武器实验研发的计算机软件，他们发现一颗直径50米的固态岩质小天体――或者类似尺度的小天体――在撞入地球的过程中最后不会到达地面。这样一来就不需要引入超低密度的彗星。因为在撞入地球大气的过程中，在固体内部产生的激波足以将日常的岩石炸得粉碎。对于诸如亚利桑那陨石坑这样的情况，它们是由更为坚硬的铁质陨石所造成的。在这种情况下，直到陨石撞击地面激波的作用才会很好地显现出来。
align=right alt="百年通古斯"> 美国拉斯阿拉莫斯国家实验室的杰克・希尔斯（Jack Hills）和帕特里克・戈达（Patrick Goda）也得到了类似的结论。这两个小组的工作拓展了更早的由克洛拜尼科夫（V. P. Korobeinikov）领导的一个苏联学家小组所获得的结果，但这个苏联科学家小组的结果并没有被西方广为接受。这些不同的模型对爆炸当量的估计值同为大约1500万吨高爆炸药，超过有所的热核武器。但是博斯劳的研究表明，产生在通古斯观测到的现象所需的能量不需要这么高，300-500万吨的当量即可。
[图片说明]：流过通古斯事件爆心的小溪。
上面的分析都假设了撞击天体是一颗石质的小行星，但是彗星的可能性依然不能彻底排除。1978年，吕勃・克莱萨克（L'ubor Kresak）提出是恩克彗星的碎片是导致通古斯事件的撞击小天体。1908年6月30日左右由恩克彗星留下的尘埃导致的流星雨达到极盛，但是由于流星恰好来自太阳的方向，因此肉眼无法看到这次流星雨。而目击者关于通古斯小天体飞行轨迹的证词与这一理论一致。2001年由保罗・法里尼拉（Paolo Farinella）领导的一个小组对数百条撞击前轨道的分析表明，小行星撞击地球的概率比彗星要高得多。但是根据他们的定义，绕太阳公转周期为40个月的恩克彗星的轨道属于小行星轨道。1977年另一个证据显示彗星撞击也许可以解释20世纪60年代考恩发现的1909年碳-14同位素异常，因为在太空中彗星具有天然的放射性。
关于撞击天体本身的问题不单纯是一个学术问题。如果通古斯事件确实是一个1500万吨级的事件，那么它几乎是不可能的，因为此类事件发生的概率为每1500年一次。当然计算这一结果的过程中假设了近地小行星的流量不随时间变化。如果随着时间的推移瓦解的彗星会补充近地小行星的数量的话，那么由此导致的撞击时间概率就会增加。每次当地球穿过恩克彗星留下的尘埃带时，可能有不少与通古斯撞击天体类似的小天体与地球擦肩而过。它们通常太小无法被观测到，而对于较大的个体一旦与地球撞击将会造成灾难性的后果。
在《与拉玛相会》中，克拉克对于潜在小天体撞击威胁的解决办法是通过小行星搜寻计划确保灾难不再发生，他将其称为空间防卫计划。现在这一计划终于成为了现实，但是直径50米的天体依然太小无法事先发现。尽管从统计上讲下一次通古斯事件突然出现在6月份的概率极小，但是人类依然不能掉以轻心。
瓶中的宇宙
物理学家们经常借鉴其他领域的技术。但是从这些技术中你能获得些什么呢？实验桌上的简单实验能为早期宇宙提供新的见解吗？
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信不信？你们家的厨房里就隐藏着司空见惯但却令人着迷的物理现象！当从龙头中流出的水打到洗碗池底部的时候，它会形成一个由水流组成的“圆盘”。水从上方缓缓地注入这个“水盘”，然后沿着径向流出。水流甚至还会形成一个波纹环，这个环中有着比水池中其他部分更多的湍流。在这个环以外，水池中充满了波动和漩涡；但是在这个环以内，由于水流过快使得外面的水波无法穿过，因此水池中这个环以外的其他信息无法进入这个环的内部。
天文学界长久以来的一个愿望就是重建黑洞周围的“视界”――一个有去无回的面。理论物理学家已经花了几十年的时间在计算视界周围的物理现象上，而天文学家则花了更长的时间和几十亿的美元想一窥视界究竟是个什么样子。然而，其他一些物理学家认为，通过研究水池中的水流，他们也许至少能提供这个问题的部分答案。
水池中的“水盘”和黑洞还是存在一些差异的。例如，水池中的水是从波纹环内部向外流动的，而黑洞吸积物质的情况正好相反。但是按照加拿大不列颠哥伦比亚大学的理论物理学家比尔・昂鲁（Bill Unruh）的说法，这两者要比你想象的还要接近。早在20世纪80年代早期，作为思想实验昂鲁就设想了一种类似的流体运动。他假想有一个瀑布，其中水流的速度超过了水中的声速。在这样的系统中，在水流达到声速的那个面就形成是了“视界”，水中的声波无法逃逸到“视界”之外。“如果你能恰到好处地调节水流”他说，“你确实可以模拟出一个黑洞。”
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调节水流
从那时起，有一小批科学家便投身到模拟黑洞和早期宇宙等深奥现象中去了。但是在有人开始考虑聪明地采用厨房的水池之前，有一些事情值得提醒。昂鲁说的“恰到好处地调节水流”现在意味着使用温度仅仅高于绝对零度的超流液氦或者是更复杂的系统，例如在玻色-爱因斯坦凝聚中被束缚住的超低温原子――另一种具有量子特性接近绝对零度的流体。目前绝大多数的实验设计还停留在图纸的阶段，仅有一小部分的实验才成功地进行了。
align=right width=300 alt="瓶中的宇宙"> 那么下一个问题就是这些模型究竟可以告诉你些什么？如果系统B可以在某些方面模拟系统A并且呈现出了一些迄今尚未观测到的现象，这是否就意味着系统A也是如此呢？或者是否干脆就说明了两者确实存在差异呢？
[图片说明]：加拿大不列颠哥伦比亚大学的理论物理学家比尔・昂鲁（Bill Unruh）。
虽然有这些忧虑，但为数不多却非常执著的物理学家在厨房的水池或者是桌面宇宙学中正不断地创造出新的惊喜。这些科学家绝大多数来自欧洲，那里为这些研究提供了少量但却稳定的资助。许多的研究要用到超流氦，这是一种研究相变――不同物态之间的转变――和量子效应的绝佳物质，而这两种现象在宇宙学中也极为重要。2008年1月底，这些对凝聚态物质和宇宙学感兴趣的科学家在英国伦敦皇家学会聚集一堂商讨他们的未来。“既然你无法去黑洞周围或者早期宇宙现场做实验，”美国华盛顿天主教大学的宇宙学家坦梅・梵恰斯帕蒂（Tanmay Vachaspati）说，“那么我们就在实验室里来实现它。”
宇宙暴涨
按照美国普林斯顿大学宇宙学家保尔・斯坦哈特（Paul Steinhardt）的说法，含盖从瀑布到半导体的凝聚态物理学总能为宇宙学家们提供灵感。20世纪80年代中期，他从事的工作是完善暴涨宇宙学。暴涨宇宙学提出，宇宙在大爆炸之后不久经历了一个极端高速膨胀的时期。斯坦哈特说，当时的问题是没有人知道怎样才能解释暴涨是如何转变成现在的慢速膨胀的。那时主流的观点是现在的宇宙形成于暴涨宇宙的一个“时空泡”中，但是按照计算，这样一个时空泡只能是真空的――物质和能量无法在其中形成。
斯坦哈特自己也深陷其中很长时间，直到他看到了一篇关于混有氦同位素的奇特“相变”的报道。普通的流体会改变它们的相，例如从气态变成液态，类似于理论物理学家相信的宇宙暴涨停止转化的过程。但是混合的超流氦则会以完全平滑、均匀的方式来改变它们的属性。斯坦哈特说，把这一现象应用到宇宙学，超流相变就能使得整个宇宙从暴涨缓缓地“滚落”到目前的状态。
从此，超流氦成为了这些模拟实验的首选材料。尤其是氦的同位素氦-3（具有2个质子和1个中子），它具有极为不同寻常的特性，使得它成为了绝好的宇宙代言人。
除了奇特的相变之外，氦-3还会发生“对称性破缺”的现象。通常情况下，流体中原子对的自旋和轨道角动量的指向是随机排列的。但是随着温度的降低，氦原子们会一下子指向同一个方向。这个过程有点类似铁屑会沿着磁场分布，但是氦原子的自发排列制造的却是混乱。物理学家们相信宇宙早期的对称性破缺产生出了除了引力之外的其他力。
芬兰赫尔辛基技术大学理论凝聚态物理学家格里沙・沃洛维克（Grisha Volovik）说，把这些都放到一起，氦-3的对称性破缺和相变赋予了量子流体以重要的宇宙学特性。他说：“所有的成分都一应俱全。”
那么这些相似性在多大程度上是可信赖的呢？而且如果要是宇宙学理论自身被证明是错误的呢？在斯坦哈特完善暴涨理论的同时，英国伦敦帝国大学的理论物理学家汤姆・基伯（Tom Kibble）提出了另一个模型。基伯认为，早期宇宙由于膨胀而冷却会形成大质量的结构性缺陷――被称为宇宙弦――它们是今天我们所看到大尺度结构的种子。
align=right alt="瓶中的宇宙"> 基伯的理论和氦-3符合得很好。氦-3的快速冷却会导致“量子涡旋”的产生，这与他的理论一致。但是他说，不幸的是，他关于星系结构的宇宙弦理论无法解释大爆炸之后所残留的宇宙背景辐射的天文观测结果。在20世纪90年代早期用于研究宇宙背景辐射的卫星发回观测结果之后，基伯说：“很显然，暴涨对观测的预言非常精准，而宇宙弦的预言则完全错了。”
换句话说，实验室模型验证了理论家的方程式，但是绝对没有办法告诉我们这些方程式在宇宙学中是不是适用。
这一早期的失败使得许多实验和理论物理学家对实验室里的早期宇宙模型疑窦重生。“坦率地讲，”美国麻省理工学院凝聚态物理学家、诺贝尔奖得主沃尔夫冈・凯特勒（Wolfgang Ketterle）说，“我不认为未来的实验室实验能回答宇宙学的基本问题。”
检验弦理论
这些关注并没有阻止英国兰开斯特大学的理查德・哈雷（Richard Haley）把与基本物理理论中最难赴诸实验的弦理论有相似性的实验进行下去。弦理论之所以饱受争议就是因为在其发展的20多年中几乎就没有可供佐证的实验或者天文观测，难怪一些批评家认为弦理论更像是一个数学分支而不是物理。
一些弦理论认为，我们的宇宙是一张悬吊在高维空间中的三维膜，就好像是处于三维空间中的一片二维纸张。在这些模型中，弦理论提出我们身处的膜与其他膜的碰撞终止了暴涨过程。如果真是如此，那么膜理论便解释了暴涨为什么在那一时刻停止，这一在斯坦哈特早期工作中没有回答的问题。
为了在实验中制造出两个碰撞的膜，哈雷把两种处于不同相的氦-3放到了一起。他的小组使用磁场做出了一个氦-3“三明治”，其中A相的超流氦位于中间而B相的氦位于两侧。然后他们通过降低磁场强度来使得两层B相的氦碰撞。哈雷说，从数学上讲它和宇宙膜十分相似。
在哈雷的实验中，两层碰撞的氦并没有缓缓地合并成一层均匀的B相氦，相反地留下了结构性缺陷，其中绝大多数是与基伯预言相似的量子涡旋。如果这些涡旋在宇宙中有与之相似的对应物的话，它们就应该是可探测的宇宙弦。与基伯原始的想法不同，这些弦占宇宙质量的比例要小很多，但是通过使用地面和空间观测引力波的干涉仪应该可以探测到它们的存在。同时，哈雷说他和他的小组正在试图了解碰撞产生的不同种类的涡旋的性质。
检测不可测的事物
当然，宇宙学家们在解释这些实验室的结果的时候需要格外谨慎。斯坦哈特注意到，弦理论中的膜是平直的而且会相互吸引，但是实验室中的氦-3“膜”却是卷曲的而且彼此之间不具有吸引力。这个模型还远没有达到完美的地步。但是美国卡弗利理论物理研究所的弦理论学家乔・坡钦斯基（Joe Polchinski）说，在弦理论这样一个极端数学化的领域，任何一个能产生可检验预言的实验都会具有重大的影响。“你永远不会知道你会发现什么，”他说。
从实验者的角度来看，即使是不成功的相似性在其他领域也能找到新的用途。按照芬兰赫尔辛基技术大学的马蒂・克鲁修斯（Matti Krusius）的说法，由基伯及其同事美国拉斯・阿拉莫斯国家实验室的量子物理学家沃奇克・祖瑞克（Wojciech Zurek）首次预言的量子涡旋已经在其他实验中用于追踪氦-3的运动。“这是一种很漂亮的现象，”他说，“我们用它来研究湍流。”
德国德雷斯登技术大学的量子物理学家拉尔夫・舒茨霍德（Ralf Schützhold）说，宇宙学和凝聚态物理之间的交叉对双方而言具有普遍而长远的好处。由于自大爆炸之后宇宙一直在膨胀，宇宙学家们手中用于描述这一膨胀的方程也能很好的用来描述那些不断变化的系统。这使得它们特别适合用来研究相变和其他过程。“根据来自宇宙学的这些方程，我们可以很好地用它们来描述一些凝聚态物理中的现象，”他说。
舒茨霍德和他的小组正在致力于另一个不同的宇宙学相似物的研究，它将有助于解释宇宙中物质和能量的起源。在通常的环境下，原子会不停地运动。但是当单个原子被冷却到绝对零度附近时，它真实的运动就会转化成“虚”的量子涨落，这会暂时改变小范围空间内的能量。根据暴涨，宇宙学家们相信宇宙经历了正好相反的过程，真空中的虚量子涨落转变成了实实在在的物质和能量。舒茨霍德说，针对单个原子的实验可以告诉我们热噪音和其他真实世界的效应是如何改变量子涨落的。
量子振动
控制单个原子并不是一件轻而易举的事，但是舒茨霍德的合作者、德国马普量子光学研究所的图比亚斯・沙兹（Tobias Schatz）说，他有理由相信他们能成功。他说，即使我们最终失败了，这一计划也会对他在量子计算领域的工作颇有帮助。“不管怎样我们都会在这条路上走下去，”沙兹说。
为了在实验中实现单个原子的量子振动，需要完美地控制用来冷却原子的激光系统。“这真的需要要把目前所能达到的技术推向极至，”凯特勒说。他说，把自己的职业生涯建筑在这些“相似性”上无异于“科学上的自杀”，特别是那些和实际宇宙相联系的实验。
根据昂鲁提出的模拟黑洞的实验境况不佳。使用氦-3制造一个瀑布的努力终因流体中的湍流而宣告失败。目前正在尝试一些其他的手段。一些小组正在使用玻色-爱因斯坦凝聚，它的流速较氦-3更小。另一些所采用的技术则是在特殊的光缆中输入一系列的光脉冲。
不管怎么样，最终需要一个实验能具有类似黑洞的量子行为。它可以使得我们观测到霍金辐射――一种理论上预言的在黑洞视界周围所产生的量子力学辐射效应。一旦实验成功，它的报偿也是丰厚的。在这样的系统中观测到的霍金辐射有助于告诉我们黑洞是否以及是如何“蒸发”的。
因此尽管为此等待了近20年，昂鲁的热情依然不减当年。“这是一个漂亮的想法，如果它能实现的话就更好了，”他说，“每次实验家们呈现在我面前的结果都能让我惊叹不已。”
甚高能γ射线的天空
在过去的几年中，随着探测到许多不同的银河系内和银河系外的甚高能γ射线源――超新星遗迹、脉冲星风星云、巨分子云、恒星形成区、致密双星系统和活动星系核，甚高能γ射线天文学已经真正意义上成为了一门观测学科。下一代可探测能量范围在1010-1015电子伏特的立体成像大气切伦科夫望远镜阵列将会大大增加观测到的甚高能γ射线源的数目，进而大幅度地推动天体物理、宇宙学和粒子天体物理的发展。
有人说，甚高能γ射线――能量超过1千亿电子伏特（eV）――是宇宙电磁波辐射的“最后窗口”。由于电磁场和强子之间的相互作用，自然界会产生大量的甚高能γ射线。这些天然加速器可以把电子、质子和核子加速到TeV（1012eV）或者PeV（1015eV）的量级。与带电粒子不同，γ射线可以自由穿行在弥漫着星系际辐射和磁场的整个宇宙中。最后，这些γ射线可以被空间或者地面的探测器探测到。这三个特征使得甚高能γ射线携带了宇宙中最高能、最剧烈现象的信息。
γ射线天文学囊括了现代天体物理学和粒子天体物理学的几个方面，包括（1）极端环境下的加速和辐射过程，尤其是在相对论性喷流里和在形成于黑洞以及脉冲星边缘的星风中；（2）银河系和河外星系宇宙线的起源；（3）诸如γ射线暴等非热暂现现象的本质；（4）宇宙学，尤其是探测携带了第一代星系和恒星形成历史信息的河外星系背景辐射；（5）基本物理学，包括间接搜寻暗物质和由原初黑洞所发出的信号。
地球大气会阻挡γ射线，因此探测γ射线的理想场所位于太空。然而，空间平台只能提供有限的探测面积，直接限制了对能量小于100GeV（1GeV=109eV）的弱γ射线的研究。基于直接观测γ射线和地球大气相互作用导致的次级簇射或者由其所释放出切伦科夫辐射，在更高的能段可以使用其他方法来探测γ射线。由于大气中极端相对论性电子的速度可以超过大气中的光速，因此这些电子可以产生出张角大约1°的蓝色切伦科夫辐射，其在地面上的投影直径大约是120米。大气簇射产生的切伦科夫辐射非常微弱而且短暂，其持续的时间只有几个纳秒。结果是，切伦科夫望远镜必须具有面积远大于1平方米的光学反射镜才能在几度的视场中捕捉到转瞬即逝的、大小为0.1°-0.2°的切伦科夫辐射。观测到的总光子数代表了能量，其方向和γ射线到达的方向直接相关，而所观测到的切伦科夫辐射的形状则反应出了入射粒子的属性（是质子还是γ射线）。这三个特征和巨大的探测阵列（0.1平方千米）一起构成了成像大气切伦科夫望远镜（IACT）技术的基础。
20世纪80年代后期位于美国亚利桑那州霍普金斯山的惠普尔10米望远镜使用IACT技术探测到了第一个可靠的、来自蟹状星云的甚高能γ射线信号。在随后的15年里，探测的主力军是位于法国西密斯的切伦科夫阵（CAT）、位于澳大利亚奥特班克的澳大利亚、日本联合γ射线天文台（CANGAROO）、德国的高能γ射线天文学实验（HEGRA）、惠普尔望远镜以及其他一些小组。然而，他们当时只探测到大约10个甚高能γ射线源。因此，尽管有一些引人注目的结果，尤其是在耀变体中发现了γ射线，但是这些努力并没有取得巨大的突破，急需更灵敏的探测器。
20世纪90年代中期，使用2个或者多个10米级望远镜从不同角度同时观测的立体阵列概念被认为是最有希望提高灵敏度并且把探测阈值降到100GeV的方法。尽管立体探测方法的威力在由小口径望远镜组成的HEGRA上得到了淋漓尽致地体现，但是真正把它提升到成为一门观测（天文学）学科的还是法德联合的高能立体系统（HESS）。HESS是一个由4架直径13米的IACT组成的望远镜陈列，成像视场约为5°，2004年建成。其覆盖的能量范围很宽，从100GeV到100TeV，角分辨率可以达到几个角分，最小可探测能流接近10-13尔格每平方厘米每秒。但是HESS主要观测位于天球南半球的γ射线源，而大气γ射线成像切伦科夫望远镜（MAGIC）――一个口径相当大的切伦科夫望远镜――则把目光聚焦在了北半球。不久一个新的由4架IACT组成立体阵列――甚高能辐射成像望远镜阵列系统（VERITAS）――就将在美国亚利桑那州南部投入使用。
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[图片说明]：HESS和MAGIC。（图A）HESS是一个位于纳米比亚由4架直径13米的切伦科夫望远镜组成的立体阵列。中央的那架望远镜是在建的一架直径28米的新望远镜的想像图。本图由霍夫曼（W. Hofmann）拍摄。（图B）MAGIC是一架位于加那利群岛中拉帕尔玛岛的直径17米的切伦科夫望远镜。目前正在建第二架望远镜，这将使得MAGIC可以对γ射线源进行立体观测。本图由萨瓦尔利施（P. Sawallisch）拍摄。
目前，在银河系和河外星系中有几个TeVγ射线源。HESS的重要成就之一就是发现了年轻超新星遗迹的壳层结构，尤其是RXJ1713.7-3946，它在早先的CANGROO的观测中是一个TeVγ射线源。这一结果支持了早期的理论预言，银河系宇宙线必定和超新星遗迹有联系，也就是说宇宙线是被由超新星爆发抛出的壳层物质所加速的。
HESS还发现许多年轻的脉冲星被弥漫的甚高能γ射线辐射区所包围。其中一些的形态会随着能量变化而变化，当质子能量变大时源的尺寸会变小。这可以由电子的能量损失来解释，并且强烈佐证了电子被加速到了100TeV，同时加速区位于低温极端相对论性脉冲星风终端区之外。
如果一个天然粒子加速器位于一个拥有明亮恒星的双星系统中，那么被加速的电子和星光或者高密度星风之间相互作用的时标就会在小时或者更小的量级上。因此，这样一个双星系统会连续不断地呈现出复杂的加速和磁流体力学过程，例如源于致密天体的相对论性喷流的产生与消失。这也许就是中子星周围的“低温”脉冲星风，或者是黑洞周围的“高温”喷流。到目前为止，HESS和MAGIC已经探测到了3个致密星双星系统。微类星体LS 5039是一个含有黑洞的双星系统，呈现出了严格的周期变化，就像是一架周期为3.908±0.002天的“TeV时钟”，这同时也和该双星系统的轨道周期精确相符。
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[图片说明]：（图A）由HESS拍摄到的年轻超新星遗迹RXJ1713.7-3946的γ射线像，其壳层结构清晰可见。（图B）不同能段上的延展γ射线源HESS J1825-137的像，图中小于1TeV、1-2.5TeV和高于2.5TeV的辐射分别使用红色、绿色和蓝色表示。这个源极有可能和脉冲星PSR J1826-1334有关，这颗脉冲星的位置由图中的空心圆圈标出。γ射线主要通过电子和2.7K宇宙微波背景辐射中的光子的逆康普顿散射产生。由于宇宙微波背景光子充满了宇宙的每一个角落，因此电子的空间和能量分布可以从甚高能γ射线数据中清晰而精确地反推出来――这是天体物理中不通过任何额外的假设得到非热粒子分布的唯一一个例子。图片下方的明亮点源是微类星体LS 5039。
尽管来自孤立天体的γ射线可以揭示出宇宙加速器的位置，但是同时也应该意识到还存在着由于与相对论性粒子相互作用而产生的γ射线弥散辐射。HESS的观测发现，TeVγ射线辐射和距离银河系中心200秒差距的几个巨分子云有关。对这些区域的仔细观测显示，存在空间上均分分布的高速质子。这些高速质子可能是以前被银河系中心致密射电源Sgr A*加速的，或者是由于最近银心附近的超新星爆发所造成的。尽管还存在其他目前无法被排除的解释，例如银河系的暗物质晕，但是Sgr A*――也许是位于银河系动力学中心的超大质量黑洞（SMBH）――可能也是惠普尔、CANGAROO、HESS以及MAGIC探测到的致密TeVγ射线源的元凶。
在巨型射电星系M87身上存在着更多令人信服的关于SMBH制造γ射线的证据。观测到的时标为天的TeVγ射线变化预示着这些γ射线来自一个质量为3×109太阳质量的黑洞的边缘。
SMBH作为活动星系核（AGN）的中央引擎在制造甚高能γ射线上起到了重要作用。宇宙γ射线的视界，也就是在γ射线波段可观测的最远距离，取决于γ射线和弥漫的河外星系背景光（EBL）的相互作用；在甚高能段，它把最远的可观测距离限定在了几百个兆秒差距之内。这就是为什么第一批被发现的河外TeVγ射线源几乎都是距离相对较近的耀变体――喷流指向地球的AGN。尽管相对论性多普勒效应使得γ射线的流量增大了几个数量级，但是由于这些源距离较近进而把对γ射线的吸收减到最小才是其可探测的根源。随着把探测器的能量阈值调低到小于100GeV，预期可探测到的河外源数目会大量增多。在过去的2年中HESS和MAGIC的深入探测使得已知TeV耀变体的数目翻了一番。其中一些距离较远，红移达到了0.20。这一结果被用来计算在光学/近红外波段EBL流量的上限，同时它也被用来限制星系以及第一代恒星形成与演化的宇宙学模型。
计划中的下一代IACT阵列有两大目标：（一）在标准能量范围（0.1-10TeV）的基础上把流量灵敏度提高一个数量级，（二）大幅度拓宽IACT阵列的可探测能量范围，下到10GeV，上至1PeV。
如果把能量限制在大约100GeV，那么只有望远镜阵列的观测结果才是可靠的。换句话说，大量的10米级IACT（100架）才能达到灵敏度好于10-13尔格每平方厘米每秒、分辨率1-2个角分。根据HESS目前的结果推测，未来的望远镜阵列可以发现并且分辨出成百甚至上千个河内TeV源。另一方面，如果能量阈值能降低到30GeV，那么它会收获更多。其直接后果就是可探测科学目标的大量增加，尤其是其可探测的河外源的距离可以延伸到红移等于1，同时它还可以在100GeV附近大幅度的提高流量分辨率。这可以由安放在海拔3-4千米高的、口径更大的15米级的望远镜阵来实现。由于可以借鉴现有的技术，建造这样一个阵列的时间相对而言不会很长。
如果要把探测的能量阈值进一步降低到10GeV或者更低，那么就需要不同的方法：在海拔5千米以上的地区建造30米级的程控望远镜并且使用高量子效率的焦平面成像设备。能量在几个GeV到30GeV的范围内有特定的天体物理和宇宙学源，尤其是在红移等于5的遥远宇宙中发生的剧烈非热现象，以及致密的河内天体，例如微类星体。如果能在γ射线太空大面积望远镜（GLAST）寿命内成功建造这样一架γ射线望远镜，那将会是γ射线天文学的巨大成就。
最后，研发在地面上可以同时覆盖大面积天区（大于等于1弧度）的技术也十分重要。最现实的办法就是使用大量装在海拔4千米高度上切伦科夫水箱探测器。这一技术的可行性已经由米拉格罗（Milagro，西班牙语，意为“奇迹”）γ射线天文台很好得诠释了。对宇宙中未知甚高能暂现现象的探索鼓舞着人们去建造大视场的地面γ射线探测器。这些探测器将会与GLAST以及未来的大体积（1立方千米级）高能中微子探测器形成互补。
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