主页 > 红木 > 正文

中国第一颗暗物质粒子探测卫星悟空号“取经”记


红木 2018-05-03 10:17 我要评论

 

悟空号卫星工作530天得到的高精度宇宙射线电子能谱(红色数据点),以及和美国费米卫星测量结果(蓝点)、丁肇中先生领导的阿尔法磁谱仪的测量结果(绿点)的比较。

  著名科幻作家艾萨克·阿西莫夫曾经说过:在科学探索中,听到最激动人心的话,不是“尤里卡,我找到了”,而是“嗯……这挺奇怪!”恰是在最重要的新发现之前所出现的那一句。

  眼下悟空号的“取经”之旅,似乎就是这样。

  截至目前,包括科学家在内的人类,尚未搞清楚悟空号带回的首批成果究竟代表着什么,我们唯一知道的是:这些结果是“出乎意料之外的”,是“人类此前从未看到过的”。而在自然科研中国区科学总监印格致看来,就意味着“它们有潜力改变我们看待宇宙的方式!”

  两年前,同样是在一个冬天,作为我国第一颗暗物质粒子探测卫星,悟空号成功飞天,踏上了 “取经”之路。如今科学家发布的,正是它在太空遨游530天的结果,按照3年的设计寿命,悟空号的太空之旅已经过半。留给悟空号的时间不多了,人类的脚步可能需要更快些。

中国第一颗暗物质粒子探测卫星悟空号“取经”记

  悟空号卫星示意图。中科院供图

  530天:中国科学家逐渐走到舞台中央

  多年前,当天文学家发现“恒星围绕银河系中心旋转的速度太快”时,不得不设想——在银河系中除了可见物质,可能还有其他看不见的物质,它们合在一起的引力拉着这些恒星,使其不至于由于速度过高而飞离银河系。

  人类为此所做的计算表明,这些“看不见的物质”总量远远超过“看得见的物质”。于是,前者就被暂时称为暗物质。

  用空间科学卫星工程常务副总指挥、中科院国家空间科学中心主任吴季的话说,暗物质之所以被称为“暗”,是因为人类对它——这个比我们肉眼能够看见的物质还要多4倍的神秘物质知之甚少,目前还只能通过引力作用进行推算。

  揭开暗物质之谜,因此被认为是继日心说、万有引力定律、相对论及量子力学之后,基础科学领域的又一次重大飞跃——其重要性以及难度之大可见一斑。

  目前,人类“捕捉”暗物质主要有3种方法,可以形象地称之为“上天、入地、对撞机”。这其中“上天”是间接探测方法,即“捕捉”暗物质互相湮灭时产生的痕迹。

  暗物质卫星首席科学家、中科院紫金山天文台副台长常进说,尽管暗物质不会发光、也不与光作用,普通光学观测也无法发现,不过当一对暗物质粒子偶然正碰的时候,会同时湮灭,可能会放出质子、电子及它们的反粒子、中微子和伽马射线。

  换言之,如果能够精确测量到这些粒子的能谱,就可能发现暗物质存在的蛛丝马迹。

  目前,“上天”的暗物质猎手中有3个较为知名,一个是安装在国际空间站上的阿尔法磁谱仪2号,一个是美国宇航局的费米太空望远镜,一个就是中国的悟空号,而相比之下,悟空号是迄今为止观测能段范围最宽、能量分辨率最优的暗物质粒子探测卫星,超过国际上所有同类探测器。

  如今,发布的数据结果也再次证实这一点:悟空号实现了国际上最精确和最高效的探测,与之相应的是,悟空号为人类观测宇宙打开了一扇新的窗户,并为人类判断暗物质是否存在提供了“关键性数据”。

  11月27日,这批成果在中国科学院发布时,成功吸引了10多家外国媒体登门采访——这在该院学术成果发布历史上还是头一回,在整个中国学术界也十分罕见。

  当天,在众多媒体和闪光灯的包围下,中国科学院院长白春礼院士也没有掩饰自己在这种时刻该有的兴奋、激动,他说:“今天是一个非常重要的日子,也许在人类科学发展的历史上,大家会记住今天。”

  “因为中国科学家已经从自然科学前沿重大发现和理论的学习者、继承者、围观者,逐渐走到了舞台中央。中国科学院、中国科学家长期以来在基础科学前沿的投入和付出终于有了突破。”白春礼说。

  当然,悟空号用其前半生所带来的突破,可能还需要人类再“消化”一阵子——28亿高能宇宙射线,150万25GeV能量以上的电子宇宙射线,国际上精度最高的电子能谱,以及人类第一次直接“看到”电子宇宙射线能谱在1 TeV处的“拐折”,等等——国际天文学界、物理学界已经“炸开了锅”,夜以继日地计算、分析。

  12年:“更大的探测器”从无到有

  从某种意义上说,这530天就像一场惊心动魄的“猎捕”行动,而在悟空号登入太空猎场之前,则是漫长的等待和验证。

  这一切,还要从常进多年前的一次气球实验说起。