遨游太空一年，“悟空”找到了啥

遨游太空一年，“悟空”找到了啥

2016年12月18日 10:04:30 來源:浙江日?qǐng)?bào) 作者:蔡玉高 蔣芳 王玨玢

　　17日，一只“猴子”在茫茫宇宙中迎來一周歲生日。

　　作為中國科學(xué)衛(wèi)星系列的首發(fā)星——暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空”發(fā)射升空整整一年。“悟空”身體健康嗎?工作業(yè)績?cè)趺礃?科學(xué)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)了多少?找到暗物質(zhì)存在的證據(jù)了嗎?第一批科學(xué)結(jié)果何時(shí)向全世界公布?記者幫你揭秘。

　　猴年“猴賽雷”

　　年度考評(píng)獲“雙優(yōu)”

　　17日上午九點(diǎn)半，紫金山天文臺(tái)暗物質(zhì)衛(wèi)星監(jiān)控大廳中，一個(gè)三層高的暗物質(zhì)衛(wèi)星主題蛋糕吸引了大家的目光，一群科學(xué)家為平穩(wěn)運(yùn)行一年的暗物質(zhì)衛(wèi)星“悟空”開了一場“生日宴會(huì)”。

　　慶生之際，這只太空“猴子”也獲得了年度考評(píng)雙優(yōu)的佳績。15日至16日在南京舉行的“悟空”升空一周年學(xué)術(shù)年會(huì)上，所有參會(huì)的中外暗物質(zhì)研究專家都給“悟空”的表現(xiàn)打了100分。

　　——“悟空”體檢。4個(gè)有效載荷中，塑料閃爍體、BGO量能器、中子探測器都100%正常工作，硅徑跡探測器99.85%正常工作，也大幅度優(yōu)于原定的97.5%的指標(biāo)。結(jié)論:100分。

　　——“悟空”工作業(yè)績。在粒子的電荷測量、能量測量、方向測量、粒子鑒別等方面都取得了重要進(jìn)展，全面實(shí)現(xiàn)或超過了設(shè)計(jì)指標(biāo)。迄今已完成全天區(qū)覆蓋兩次，共探測有效事例18億個(gè)。結(jié)論:等級(jí)“優(yōu)秀”。

　　“天性奔放的‘悟空’，上了天比在地上更‘精神’。”科學(xué)家們總結(jié)。

　　中科院暗物質(zhì)項(xiàng)目監(jiān)理組給出的結(jié)論是:“我們從項(xiàng)目啟動(dòng)就從第三方視角對(duì)該工程進(jìn)行監(jiān)理。衛(wèi)星工程取得了圓滿成功，目前衛(wèi)星在軌運(yùn)行正常，有效載荷工作穩(wěn)定，科學(xué)團(tuán)隊(duì)在紫金山天文臺(tái)副臺(tái)長、暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星首席科學(xué)家常進(jìn)的帶領(lǐng)下，以科學(xué)態(tài)度兢兢業(yè)業(yè)、踏實(shí)工作，希望再接再厲，爭取在該領(lǐng)域取得突破。”

　　“高分辨率的觀測效果‘比預(yù)想更好’。”日內(nèi)瓦大學(xué)教授吳欣說，“7萬多路探測粒子信道目前工作正常，備用的器件都沒有用上，設(shè)計(jì)壽命3年，期望運(yùn)行5到10年。同時(shí)，收集到目標(biāo)粒子越來越多，繪制的能譜越來越穩(wěn)定，有望早日取得突破性發(fā)現(xiàn)。”

　　意大利佩魯賈大學(xué)博士喬萬尼·安布羅西說:“‘悟空’是中國的首顆空間高能粒子探測衛(wèi)星，也是中國的首顆空間科學(xué)衛(wèi)星。我們很高興看到它運(yùn)行狀況優(yōu)異，且數(shù)據(jù)分析取得重要進(jìn)展。”

　　意大利薩蘭托大學(xué)教授伊萬·德米特里教授說:“‘悟空’已經(jīng)順利地運(yùn)行一年，數(shù)據(jù)的質(zhì)量很好。我們將繼續(xù)努力，爭取在宇宙線數(shù)據(jù)分析方面做出重要貢獻(xiàn)。”

　　而對(duì)于照料悟空“起居”的衛(wèi)星監(jiān)控團(tuán)隊(duì)來說，值班流程的不斷簡化，是小“猴子”健康成長的直接體現(xiàn)。

　　“上天初期，每天兩班人馬輪番上陣，出現(xiàn)問題第一時(shí)間處理;如今，不正常的情況相當(dāng)罕見，只要辦公室有人在就可以代為查看。”暗物質(zhì)衛(wèi)星科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師伍健說。

　　盡管如此，大家也不敢懈怠，仍在不斷優(yōu)化在軌標(biāo)定的方案，以盡量短的時(shí)間實(shí)現(xiàn)對(duì)探測器各子探測器的可靠標(biāo)定，并充分利用這些數(shù)據(jù)加快對(duì)物理事例重建軟件的研發(fā)。

　　前方高能

　　能譜、“天圖”日益清晰

　　“前方高能——”“悟空”幾乎每天都在太空中大喊。這是因?yàn)椋吣茈娮邮恰拔蚩铡钡闹饕澳繕?biāo)”。

　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，從其一年捕獲的18億個(gè)粒子中，5GEV到10TEV區(qū)間的高能電子數(shù)量已經(jīng)達(dá)到100萬個(gè)。“超高能電子”為何至關(guān)重要?因?yàn)樗鼈兛赡軄碜杂诎滴镔|(zhì)湮滅。

　　“挑出有用的電子好比在地球上尋找一種具有特征的人，目前看來，‘悟空’挑得穩(wěn)準(zhǔn)狠!”常進(jìn)解釋說，挑選的過程當(dāng)然不輕松，“悟空”每天傳送回來500萬個(gè)粒子信息，其中只有0.1%是有用的電子，光子的數(shù)量還要少很多。因此，要想研究電子和光子的分布，必須剔除其中99%以上的質(zhì)子等宇宙線核素的信息。

　　高分辨率的觀測效果“比預(yù)想更好”，除了體現(xiàn)在不斷積累“超高能電子”，還體現(xiàn)在用一年時(shí)間完成的一張全天伽馬射線圖。這是國際上僅有的3幅GEV輻射天圖之一。

　　不僅如此，“悟空”的火眼金睛，還在18億個(gè)粒子中發(fā)現(xiàn)了一些現(xiàn)有基本的物理知識(shí)“解釋不了”的奇怪現(xiàn)象。

　　暗物質(zhì)衛(wèi)星科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)副總師范一中的責(zé)任是通過數(shù)據(jù)分析尋找能譜上的“怪異之處”。他告訴記者，科學(xué)家們利用“悟空”捕獲粒子，從中篩選高能電子宇宙線的能譜數(shù)據(jù)。“驚喜就隱藏在這能譜的結(jié)構(gòu)中，‘正常’的能譜結(jié)構(gòu)一定是光滑的，如果發(fā)生了現(xiàn)有理論解釋不了的能譜結(jié)構(gòu)，那么至少是新的天文現(xiàn)象，也很可能就是暗物質(zhì)的信號(hào)。”范一中說。

　　“對(duì)比上天前的三大科學(xué)任務(wù)，可以負(fù)責(zé)任地說，‘悟空’的表現(xiàn)超出預(yù)期，正在打開物理新窗口的道路上穩(wěn)步前進(jìn)!”常進(jìn)說，我們需要的是時(shí)間，需要數(shù)據(jù)的積累。現(xiàn)在的數(shù)據(jù)在以1天數(shù)百顆光子的速度累積。

　　“悟空”的使命

　　驅(qū)散“烏云”

　　暗物質(zhì)和暗能量，被科學(xué)家們稱為“籠罩在21世紀(jì)物理學(xué)上的兩朵烏云”。然而為什么有暗物質(zhì)，它有什么形態(tài)，何種規(guī)律，人類仍然知之甚少。

　　毫無疑問，科學(xué)家尋找暗物質(zhì)的征程絕不平坦，甚至不排除無功而返的可能性。

　　12月9日，由諾貝爾獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)?wù)叨≌刂蓄I(lǐng)導(dǎo)的阿爾法磁譜儀(AMS)發(fā)布了5年的最新實(shí)驗(yàn)成果。丁肇中解釋說，目前測量到的基本粒子數(shù)據(jù)與暗物質(zhì)碰撞產(chǎn)生基本粒子的理論相符合，即目前所測量到的現(xiàn)象與人們對(duì)暗物質(zhì)的預(yù)測是吻合的，但也不能排除特殊天體物理過程。但是，現(xiàn)在還不能肯定已經(jīng)找到暗物質(zhì)，還需要進(jìn)一步積累數(shù)據(jù)。

　　而在今年7月，我國錦屏地下實(shí)驗(yàn)室PANDAX(熊貓計(jì)劃)也宣布，在3.3萬公斤/天的曝光量下，未發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)粒子蹤跡。從樂觀的角度來看，該計(jì)劃對(duì)可能的暗物質(zhì)候選對(duì)象得出了最新的限制。

　　目前，世界上有數(shù)十項(xiàng)實(shí)驗(yàn)通過直接或間接的方法探測暗物質(zhì)粒子。隨著靈敏度逐漸提升，暗物質(zhì)粒子的剩余參數(shù)空間越來越小。而對(duì)比AMS與PAN-DAX等一大批探測手段，“悟空”具有3個(gè)世界之最的先天優(yōu)勢:最高的能量分辨本領(lǐng)、最寬的觀測能段、最強(qiáng)的高能粒子鑒別本領(lǐng)，因此有望在暗物質(zhì)間接探測中取得重要成果。

　　“‘悟空’上天一年，已經(jīng)探測了18億個(gè)粒子，高能TEV以上一年的觀測數(shù)據(jù)相當(dāng)于AMS的5到10年的數(shù)據(jù)總量。”常進(jìn)說。

　　神秘物質(zhì)占據(jù)了宇宙總質(zhì)量的絕大部分，人類卻看不見。功夫最好的“悟空”能否徹底撥開現(xiàn)代物理學(xué)頭頂?shù)臑踉疲屓祟愓嬲私馊庋壑猓约核幍恼鎸?shí)世界?

　　“我們的最新成果將在2017年初正式公布。”常進(jìn)說。

　　科學(xué)界認(rèn)為，揭開暗物質(zhì)之謎，將是繼哥白尼的日心說、牛頓的萬有引力定律、愛因斯坦的相對(duì)論以及量子力學(xué)之后，人們認(rèn)識(shí)自然規(guī)律的又一次重大飛躍。它可能讓人類更加深刻認(rèn)識(shí)，甚至顛覆人類對(duì)基本的物質(zhì)構(gòu)成的規(guī)律。

　　這就是“悟空”的使命!