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一起探星空,拨开暗物质的

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“悟空”团队在编写分析软件,左一为总负责人常进。中科院紫金山天文台供图

暗物质粒子探测卫星“悟空”

编者按:

丙申猴年将尽,宇宙中一只伶俐活泼的小猴子——“悟空”近来也忙得很。

“过去的一年,那只‘猴子’没有让我们失望。”春节后,记者来到中国科学院紫金山天文台,该台副台长、暗物质粒子探测卫星首席科学家常进开门见山地说。

2016年是群星闪耀的一年,也是突破深渊的一年:“悟空”、实践十号、“墨子号”成功发射,“潜龙”“海斗”潜入万米深渊。中科院人仰望星空,俯探深海,完成了一系列重大科学探索,产出了一大批重大科研成就。年终岁末,请随着我们的记录,再次重温那些令人激动的时刻。

据中科院紫金山天文台通报,暗物质粒子探测卫星“悟空”近期频繁记录到来自超大质量黑洞CTA 102的伽马射线爆发。这是科研团队自卫星上天后首次发布观测成果,引发了各方关注。

当全国上下都在庆祝新春佳节时,天上那只“猴子”依旧奔跑在500公里高的太阳同步轨道上,忙忙碌碌。

在太空遨游不到一年,“悟空”发回的粒子数据就够每个中国人“分配”到一个了。

2015年12月17日“悟空”成功发射,在轨飞行的一年多,它的火眼金睛看到了什么?悟空的“师父”们——科学家在后方怎样工作?

截至2018年年底,中国科学院紫金山天文台研制的我国第一颗暗物质粒子探测卫星“悟空”号已绕地球飞行了16597圈,探测宇宙射线粒子55亿个。

2015年12月17日,中国科学卫星系列首发星——暗物质粒子探测卫星“悟空”在酒泉卫星发射基地成功发射升空,用它的“火眼金睛”帮助科学家寻找披着“隐身衣”的神秘暗物质。

每天定时体检,对“悟空”采集的数据进行标定和重建

在相同时间内,它积累的TeV(1TeV=1万亿电子伏特)以上的观测数据相当于国际空间站上的日本量能器电子望远镜和阿尔法磁谱仪实验的5倍以上,意味着完成了其他“同行”至少10年的工作量。基于这些数据,科研人员成功获取了目前国际上精度最高的电子宇宙射线探测结果。

正常运转353天,飞行5382轨,姿态稳定,已完成全天区覆盖,共探测宇宙射线约16亿个。这是截至记者发稿时,“悟空”交出的一份完美成绩单。

早上五六点,中科院紫金山天文台办公楼三楼一间办公室就亮起了灯。“悟空”每天绕地球飞行15圈,每圈4万多公里,一天下来“腾云驾雾”60多万公里,“悟空”的身体是最让“师父”们挂心的。

看不见摸不着却与我们息息相关

看着“悟空”画的“圆弧”进入新年

他们一天的工作,就从为“悟空”体检开始。“载荷状态监视岗”的值班人员,开始接收每天4轨的监测工程参数、科学数据,并通过这些信息,为“悟空”测一测温度、量一量高压。

20世纪30年代,科学家发现,宇宙中可见物质远远不足以把星系连成一片,构成星系团,如果不是存在一种神秘而不可见的物质,星系团早就分崩离析。科学家把这种看不见的神秘物质称为“暗物质”。

事实上,“悟空”的完美表现甚至出乎科学家们的预料。4个有效载荷中,塑料闪烁体、BGO量能器、中子探测器都100%正常工作,硅径迹探测器99.85%正常工作,也大幅度优于原定的97.5%的指标。

紫金山天文台副台长、暗物质粒子探测卫星首席科学家常进,是“悟空”的总负责人,他每天第一件事就是查看“悟空”的体检报告:“刚发射的时候我担心会出现意外,所以安排每天两班人马。但是‘悟空’的表现很好,除了在6月份遇到一次因为太空复杂环境导致的问题,其他基本正常,平时只需要一人监控值班。”

到了20世纪70年代,多种天文观测结果都暗示着暗物质的存在。但直到现在还没有确切的暗物质信号被探测到。

尽管如此,“悟空”研究团队也不敢稍有懈怠。他们不断优化在轨标定的方案,以尽量短的时间实现对探测器各子探测器的可靠标定,并充分利用这些数据加快对物理事例重建软件的研发。

常进说得淡定,但其他“师父”们却偷偷告诉记者,那次“悟空”生病,常进急得睡不着觉,还发了低烧。好在对症下药后,“悟空”很快就痊愈了。

虽然科学家们还不知道暗物质究竟由什么构成,但通过观测它如何影响普通物质,并模拟它的引力效应,还是对它有了一些了解。

对于暗物质卫星地面科学应用系统副总设计师、中科院紫金山天文台研究员范一中而言,2016年的猴年春节特别而难忘。

“悟空”也定期向后方的“师父”们汇报工作。每天清晨和傍晚,当它飞过中国境内,位于密云、喀什、三亚的三个数据接收点就会接收到数据,每天约有13G。这些数据先是汇总到怀柔的地面支撑系统,之后再传回紫金山天文台的暗物质实验室进行分析。

宇宙中95%以上是暗物质和暗能量,其中暗物质占26.8%。暗物质不发光、不发出电磁波、不参与电磁相互作用,它无法用任何光学或电磁波观测设备直接“看”到。暗物质运行速度很快。科学家测算,暗物质粒子的运动速度为每秒220千米,是56式半自动步枪子弹出膛速度的300倍。

“为了能与家人团聚,过年前那段时间整个团队爆发出了惊人的潜力。”范一中回忆说,“凌晨两点,数据处理中心各个岗位座无虚席。第二天一早到办公室,有几位同事还在工作,有的同事就缩在办公椅上休息。”

科学应用系统总设计师伍健用“盲人摸象”来形容分析过程。“悟空”每天传送回500万个粒子信息,粒子包括原子、电子、中子等。原子由原子核和绕核运动的电子组成,电子与正电子会因碰撞而湮灭,在这过程中产生光子。500万当中,电子只有不到千分之一,而光子只有十万到百万分之一。此外,“悟空”探测器共有7万多路电子学信号通道,采集到的数据必须得标定和重建,就如同7万多个盲人在摸象。

科学家推测暗物质产生于宇宙大爆炸。在宇宙早期某一个时刻,宇宙温度非常高,粒子能量非常大,它们剧烈碰撞,产生包括暗物质在内的各种各样的物质。

凭着这股劲头,年轻科学家们终于在大年二十九如期完成了各自的软件升级任务,陆续回乡过年。

分析第一步称为标定,就是把二进制电子信号转换成能量,就好比为数万个盲人千差万别的感觉确定一个标准。第二步是数据重建,相当于将每个盲人摸到的部分拼凑到一起。这也仅是真正物理分析的基础,接下来的关键是要挑选出那千分之一的电子。10多年前,常进提出的挑选方法,已成功应用在南极热气球实验、暗物质卫星和日本的空间站实验“电子量能器”的科学分析中。

宇宙的结构也与暗物质有关。它是促使宇宙中的普通物质在自身引力下形成特定结构的重要推手。暗物质播下了宇宙丝状结构的种子,随后可见物质才聚集在一些由暗物质建立起来的引力“核”上,并最终形成了星系。

人歇计算机集群不能歇。大年三十,暗物质卫星首席科学家、紫金山天文台副台长常进带头留守在办公室值班,接收、检查、处理数据,和同事们一起吃年夜饭。尽管少了与亲友团聚的欢乐,但在他们看来,看着“悟空”在屏幕上画着大大的圆弧进入农历猴年,另有一份浓浓的情意。

由于成千上万路信号汇总之后,才能还原出目标粒子是什么种类、到达时间是否均匀、方向分布有无特殊性等信息,“师父”们要加班加点甚至通宵工作才能完成。为提高准确率,标定和重建一直在不断改进,目前数据分析所用的软件总共修改了5000多次。

暗物质对生命来说更是至关重要。假如没有暗物质的引力作用,我们所在的银河系将很可能无法在宇宙大爆炸后的膨胀过程中形成。

随着时间推移,“悟空”的表现也越来越好。等到3个月的在轨测试结束后,对于它的表现,所有参与评审的专家都打了100分。“这在卫星测试中是非常少见的。我们准备的几百种‘应急方案’都没用得上。”暗物质卫星地面科学应用系统总设计师、紫金山天文台研究员伍健说。

365个日日夜夜,“悟空”与“师父”们就在这重复的程序中度过。

暗物质这么神秘,我们投入这么多人力物力去寻找它,那么它究竟有什么应用价值呢?

朝五晚十的“中央厨房”

搜寻暗物质、研究宇宙射线等任务取得了阶段性成果

“当年,爱因斯坦也想不到量子力学和相对论有什么应用价值,但是今天我们每个人用到的手机等通讯设备,哪一个离得开这些科学发现?”常进说道。

如今,地面数据接收、物理事例重建、处理分析等各项工作已经进入常态。“悟空”每天绕着地球转15圈,每圈4万多公里,一天下来跑60多万公里。当它路过三亚、喀什、密云等地面数据接收站时,还要汇报工作,将观测数据传回。这些数据先是汇总到北京怀柔的地面支撑系统,经过简单处理后,再传到紫金山天文台的科学应用系统。

前不久,“悟空”首次擒获“小妖”,频繁记录到超大质量黑洞CTA 102的伽马射线爆发。这是怎样发现的、又有怎样的意义?

带着“水晶棒”的银白色美猴王

对于科研人员来说,这些被称为1B的数据是最好的“食材”。而紫金山天文台的科学应用系统好比是中央厨房,“悟空”不断输送过来的数据“食材”,将在这里被加工成可供研究人员应用的高级物理信息。

紫金山天文台暗物质与空间天文研究部研究员袁强介绍,在这里,“师父”们分成两组工作,一组负责卫星运行控制,另一组是进行科学分析。科学分析小组每天都将“悟空”传回来的500万个粒子分门别类并深入分析。去年10月份以来,光子组研究人员发现在CTA 102的方向不断有高能光子到达,有时一天之中甚至来好几个事例,而以往一个星期也观测不到一个。经过持续观察,他们认为这是来自超大质量黑洞伽马射线爆发的情况。

2015年12月17日8时12分,我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将中国科学卫星系列首发星——暗物质粒子探测卫星“悟空”发射升空,卫星顺利进入预定转移轨道。这标志着我国空间科学探测研究迈出了重要一步。

早上五六点钟开始看遥测参数是否正常,8点看前一天的卫星观测科学数据是否正常,接下来开始标定和重建数据,直至晚上10点半结束一天的工作。这就是“中央厨房”每天的工作时间表。

当然,这只是“悟空”的一次牛刀小试。作为目前世界上观测能段范围最宽、能量分辨率最优和粒子鉴别能力最强的高能粒子探测卫星,“悟空”由卫星平台和4个有效载荷组成,分别是塑闪阵列探测器、硅阵列探测器、BGO量能器和中子探测器。它们共同构成一个高能粒子望远镜,可以高精度地测量入射粒子的信息。最高可观测能量是国际空间站“阿尔法磁谱仪”的10倍,能量分辨率比国际同类探测器高3倍以上。

“这是中国科学家首次在太空中放置自己的高分辨率高能空间望远镜,”常进说,“它有望深刻地变革人类的宇宙观,实现空间科学重大突破。”

李翔博士是“中央厨房”里22个监控人员之一。“我们每天一个人轮班,通常处理完前一天的数据需要10多个小时,工作到晚上10点多是非常正常的。”李翔告诉《中国科学报》记者,数据的标定和重建实际上是相当复杂的过程。

此次上天,“悟空”还肩负着研究宇宙射线起源和伽马射线天文学的使命,目前也都已经有了阶段性结果。

“悟空”的身材比一般的卫星小巧,“三围”分别为1.5米、1.5米、1.2米,像盒银白色的方形蛋糕。“悟空”在太空中接收来自宇宙的高能原子核、电子和伽马射线的信号,它是世界上迄今为止观测能段范围最宽、能量分辨率最优的空间探测器。

“悟空”每天传送回来500万个粒子信息,其中只有0.1%是有用的电子,光子的数量还要少很多。因此,要想研究电子和光子的分布,必须剔除其中99%以上的质子等宇宙线核素的信息。

一年多来,“悟空”发回了19亿个粒子数据。其中,5GeV到10TeV区间的高能电子数量已经超过100万个。理论上,人们认为暗物质粒子湮灭或衰变可以产生高能电子,通过这些数据便可以搜寻暗物质粒子的踪迹。高能电子还可以用于探索邻近的电子宇宙射线源,这是因为高能电子在星系中只能跑很短的一段距离,从而带给我们的是太阳系附近的源的信息。

中科院紫金山天文台研究员袁强介绍说,目前国际上最著名的三个暗物质探测器分别是美国费米卫星、阿尔法磁谱仪AMS-02和我国的“悟空”。三者各有特色,AMS-02可以区分正反物质,费米的探测器面积大,而我们的探测器分辨率最高。

自从“悟空”上天之后,常进就养成了一个习惯:早上醒来必须查看值班人员发来的对前一天卫星数据的总结报告,每晚只有查看完当天已下载数据的完整情况以及实时处理情况后才能入眠。

伽马射线观测方面,“悟空”还观测到了脉冲星、恒星爆炸后形成的超新星遗迹等天体。“悟空”在一年多时间里,已经完成两次全天扫描,成功绘制出一张全天伽马射线图,这是国际上仅有的3幅GeV辐射天图之一。

常进说,“悟空”在观测能段范围、能量分辨率、粒子鉴别本领等方面优于别的探测器,其观测能段是阿尔法磁谱仪的10倍,能量分辨率比国际同类探测器高3倍以上。而费用只有1亿美元,分别是美国费米、AMS-02的1/7和1/20。

打开新窗口的“中国力量”

那么, 高能量的宇宙射线究竟是来自于黑洞,还是来自于超新星的遗迹,抑或是某些现在还未知的天体?目前学术界有多方猜测。作为一个宇宙射线望远镜,“悟空”也可以用来研究宇宙射线的起源、传播和加速等。

以《西游记》中的美猴王名字命名的卫星“悟空”,没有携带金箍棒,却带了300多根“水晶棒”。

由于暗物质可能存在于任何区域,“悟空”头两年将对全天扫描,探测暗物质存在的方位。两年后,根据全天区探测的分析结果,它将对暗物质最可能出现的区域开展定向观测。

“目前,仍是积累数据阶段,说其中包含着多大的成果还为时尚早。”常进坦言,但这一年“悟空”已经超额完成目标。

位于卫星核心部位的BGO能量器包含了308根纵横交错的晶体,每一根都有2.5厘米见方、60厘米长,是世界上最长的BGO晶体。

常进一再告诉研究团队:“空间项目有太多的不确定因素,而且卫星运行一天的费用高昂,一定要珍惜所有的观测数据,最大可能地发掘其潜能。”

继续全天扫描高能粒子,有望打开观测宇宙的新窗口

这些漂亮的“水晶棒”能够测量入射粒子的能量。电子和质子与晶体发生相互作用,产生类似淋浴喷水形状的簇射,而电子和质子产生的簇射形状不同,因而科学家可以区分出质子和电子。

完成标定和重建的1B数据成了被称为“2A”的高级数据。这些数据会分发到由上百个科学家组成的“DAMPE合作组”进行数据分析。其中,既有来自中科院紫金山天文台、中国科学技术大学、中科院兰州近物所、中科院高能物理所的中国科学家,还有来自瑞士日内瓦大学、意大利佩鲁贾大学和巴里大学等的国外合作者。

在我们身边,每分每秒都有无数的暗物质粒子穿越人体和其他物质,但我们却感觉不到,它们就是“暗物质”。根据科学家研究,宇宙中约分布着68%的暗能量和27%暗物质。而我们所看得见、摸得着的普通物质仅占5%,就如同深沉夜幕中几颗闪光的星星。

“年富力强”并将继续在太空服役

经初步分析,“悟空”在粒子的电荷测量、能量测量、方向测量、粒子鉴别等方面都取得了重要进展,全面实现或超过了设计指标。

暗物质和暗能量被视为现代物理学和天文学的“两朵乌云”,业内认为,揭开暗物质之谜将是继日心说、万有引力定律、相对论及量子力学之后的又一次重大飞跃。

每天清晨和傍晚,“悟空”都会路过中国上空。位于密云、喀什、三亚的三个数据接收站,每天接收它回传的约16G数据。而常进带领的团队就是要从日积月累的海量数据中分析出有价值的科学成果。

“目前看来卫星所获得的数据都是非常扎实的,未来对于暗物质存在的确认或否认都非常有意义。”中科院院士景益鹏表示,随着数据的不断累积,希望在不久的将来能够获得突破性成果。

伍健介绍,目前,科学家大致有三种方法探测暗物质:利用加速器将暗物质粒子“创造”出来;在地下布好“靶子”,等着暗物质粒子撞击留下可见粒子的蛛丝马迹;到茫茫太空捕捉暗物质粒子湮灭或衰变后留下的痕迹。“悟空”采用的是第三种方法。

而在一年多前,常进团队就已向世界展示出首批成果:精确测量太空中的电子宇宙射线能谱。该成果于2017年12月7日在国际权威学术期刊《自然》发表。

为了能够早日发表来自“悟空”的首批科学成果,整个研究团队正在紧张地工作。“暗物质探测是我们的主要科学目标,但我们的主要工作目标是卫星正常工作、探测器标定正确,这样就能保证我们打开一扇观测宇宙的新窗口,必然会有新发现。”常进说。

在新一年,“悟空”还将继续遨游太空,接受来自宇宙四面八方的高能粒子。由于暗物质的踪迹的不确定性,“悟空”将在上天后的头两年进行全天扫描。如果在某些方向发现有趣的结果,它将展开定向观测。

电子宇宙射线的正常能谱变化应是一条平滑曲线。根据“悟空”积累的观测数据,科学家们发现在0.9万亿电子伏特处电子能谱呈现出明显的拐折,并且有初步迹象表明在1.4万亿电子伏特的超高能段呈现出异常波动,反映在图上是一个“尖峰”。

暗物质卫星首席科学家、中科院紫金山天文台副台长常进:

“我们继续忙并快乐着。”说起自己的新一年的小目标,常进坦言,还是按部就班地做好工作,尽早发表第一批研究成果。目前用于第一批成果所需要的分析数据,已经获取了一大半,但是在余下部分完成前,谁也说不好将会遇到什么。

这些结构只有在观测精度达到最好的情况下才能被看到,幸运的是,“悟空”做到了!电子能谱在0.9万亿电子伏特处的拐折具有重要的天体物理意义,它反映出宇宙中高能电子辐射源的典型加速能力,并且可以对部分暗物质理论模型给出很强的约束。1.4万亿电子伏特处的异常波动则显得更引人关注。不过,根据现有数据量和理论模型,还无法断定这一现象是否就是暗物质踪迹。

揭开暗物质的神秘面纱

“只要‘悟空’一切运行正常,就为我们打开了观测TeV能量以上的宇宙的新窗口,未来就有可能在暗物质间接探测、高能天体物理、宇宙射线物理等方面,带给我们更多惊喜。”袁强说,TeV能量级别,大约是地铁安检中X光能量的10亿倍,如此高能的电子只在宇宙射线中存在,而以前的实验从未准确地观测过它们。这就是一块未知的旷野,等待着“悟空”的火眼去发现。

袁强告诉记者,探测暗物质的方式主要分为三类:一是对撞机探测,主要有欧洲核子中心的大型强子对撞机;二是在地下进行的直接探测,我国在四川锦屏山地下实验室中正在开展相关实验;三是间接探测,主要在空间进行。

大量的天文学观测表明,我们所生存的宇宙中由质子、中子等构成的所谓普通物质,例如恒星、行星、星际气体和尘埃,占宇宙总能量的份额仅约5%;约占27%的暗物质和约占68%的暗能量,占了宇宙组分的绝大部分。

(原载于《人民日报》 2017-01-23 11版)

“悟空”卫星就是采用第三种方式。物理学家们认为,暗物质粒子碰撞后会产生高能粒子,如伽马射线、正负电子、正反质子、中微子等。暗物质卫星就是精确探测这些粒子,通过其能谱、空间分布来寻找暗物质粒子存在的证据。

因此,理解暗物质和暗能量问题,是我们认识宇宙的迫切而不可跨越的任务。暗物质和暗能量的问题是当代物理学面临的重大问题,在这两个问题上的突破将可能引领21世纪的物理学发展。

“悟空”设计寿命为3年,目前已经到期,但它看起来依旧“年富力强”。“经过评估,我们认为‘悟空’还可以继续在太空服役,现在已经被批准延长2年工作时间。”袁强说道。

现有研究表明,暗物质很可能是一种超出标准模型、参与弱相互作用的重粒子。它们自身以及和普通物质的相互作用很弱,因此往往表现得很“暗”。然而,正是这种弱相互作用带给了我们探测到暗物质粒子的希望。如果我们制造出足够精密的仪器,便有可能抓住非常稀有的暗物质相互作用事件。

常进:“要对得起国家的这份信任”

随着探测器技术的发展,今天我们已经可以在地下实验室实现非常低本底的直接探测——测量暗物质粒子和探测器的碰撞作用,在空间进行大接受度高分辨率的间接探测——测量暗物质粒子自湮灭或衰变的遗迹。

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目前,世界上有数十项实验通过直接或间接的方法探测暗物质粒子。随着灵敏度逐渐提升,暗物质粒子的剩余参数空间越来越小,人类或许很快就将揭开暗物质的神秘面纱。

中科院紫金山天文台副台长、暗物质粒子探测卫星首席科学家常进受访者供图

2015年12月17日,中国发射了第一颗空间天文卫星——“悟空”号暗物质粒子探测卫星。“悟空”的首要科学目标就是,通过高精度测量宇宙射线电子和伽马射线的能谱及空间分布探测暗物质湮灭或衰变的遗迹。“悟空”卫星搭载的科学仪器具有3个世界之最:最高的能量分辨本领、最宽的观测能段、最强的高能粒子鉴别本领,因此有望在暗物质间接探测中取得重要成果。

500公里外的太阳同步轨道上,来自中国的“悟空”正在太空中遨游。每天,它都在用“火眼金睛”探测宇宙高能粒子,努力为人类拨开暗物质的“乌云”。

“悟空”卫星各探测器工作状态良好,每天平均观测约500万个高能粒子。截至目前,仪器已正常运转3百多天,共探测到宇宙射线事件约16亿个。现在我们在粒子的电荷测量、能量测量、方向测量、粒子鉴别等方面的研究进展良好,全面达到或超过了设计指标。2017年初,我们将正式发布“悟空”的首批科学成果。

“‘悟空’的成功,证明了高能量分辨的薄探测器是可行的,为人类打开了观测宇宙的‘新窗口’。”春节假期,常进仍旧像一台开足马力的机器,在办公室奋战。

(原载于《中国科学报》 2016-12-06 第1版 要闻)

作为“悟空”的“师父”,中科院紫金山天文台副台长、暗物质粒子探测卫星首席科学家常进研究员用二十多年时间上下求索,找到一把探测暗物质的“钥匙”。

“空间试验没有任何改正错误的机会,一个很小的错误都可能造成卫星失败,几百人多年的努力就白费了,所以我们要对得起国家的这份信任与支持。”常进说。

1992年,常进加入中科院紫金山天文台,研究宇宙高能电子、高能伽马射线。然而,高能粒子并不像名字听起来那样“高能”,因流量太弱,唯有高性能探测器才有机会观测它们。

1998年,常进发现,采用高能量分辨的薄探测器也能探测高能电子。

巧的是,当时美国有个名为“ATIC”的气球探空项目,把气球放到南极高空观测宇宙射线。常进仔细研究后,认为气球探空项目可以观测高能电子和伽马射线。

为了说服美国人,常进36个小时没合眼,将自己所有的想法编成程序,把各种参数计算出来,终于让他们认可了自己的方法,并同意将实验数据交给他做分析。

2008年,常进一篇关于宇宙高能电子异常的文章在《自然》上发表,犹如一颗石子投入平静的湖面,激起了国内外空间暗物质观测界的波澜。论文发表第一年即被引用400多次,就连日本的暗物质探测器量能器电子望远镜也采用了常进的方法。

从找到暗物质探测的“钥匙”,到2015年底“悟空”发射成功,常进参与了载人航天、嫦娥工程,了解卫星及航天的基本知识,他还做了一颗小型的暗物质粒子探测器,搭载在实践卫星上,完成了很多技术的检验。“如果没有这十年,我们不可能只用四年就将‘悟空’送上天。”

科学家从宇宙射线能谱中得出的判断是否准确,有两个相关因素:一是累积的数据量,二是背景的干扰。数据量当然多多益善,而背景则是越低越好。

因此,常进的生活规律就是早上醒来先看前一天卫星数据的总结报告,每晚看完当天已下载数据的分析才能入眠。

“悟空”成功上天,顺利发回首批成果……在外人看来,暗物质卫星一切工作都在按计划推进,发现暗物质曙光或可期。但是,常进对此仍十分谨慎。

因为他们的对手是世界最顶尖的科学家,常进总是反复强调:我们是和世界上最厉害的一帮人竞争,我们比他们聪明?不可能。只有肯吃苦,比他们多花几倍的时间和精力,也许还有一点机会。

与此同时,常进团队还要精打细算着过日子。尽管他们通过不断攻关创新,找到了最经济适用的技术路线,但是仍然面临着许多困难。

现在,常进团队为“悟空”定下全新的“小目标”。常进说:“新的一年,卫星在继续积累高能电子、伽马射线探测数量的同时,会把分析重点放到超高能宇宙线粒子上来,力求尽快解开宇宙中的粒子加速之谜。”

在他们看来,寻找暗物质的路上,有苦,但更多的是乐趣。

它开启了中国空间科学新时代

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“悟空”号

2015年12月17日,长二丁火箭腾空而起,将暗物质粒子探测卫星“悟空”送入距地面500公里的太阳同步轨道。“悟空”号从正式立项到成功发射仅用了不到4年的时间,实现了中国天文卫星零的突破。

“悟空”号的顺利发射引发国内外广泛的关注,在“悟空”号成功发射的同时,国际著名期刊《自然》在焦点新闻栏目发表评论文章,认为“暗物质探测器开启了中国空间科学新时代”。“悟空”号还相继获得“第18 届中国国际工业博览会”创新金奖、“第46 届日内瓦国际发明展”大会金奖。

国际著名期刊《科学》杂志于2017年11月31日报道称:“中国领导的空间科学项目给出了一个诱人但是尚待确认的暗物质信号。”《科学》杂志还采访了美国科学院、美国艺术与科学院院士大卫·斯伯格尔(David Spergel)教授,在他看来:“中国的首个空间天文卫星项目的首个观测成果表明中国正在努力成为一个空间科学强国,现在中国正在为天体物理和空间科学作出重要贡献。”

2018年在美国召开的国际空间科学大会(COSPAR 2018)新设立了一个“最新结果议程”,由大会主席、执行主席和科学日程委员会主席遴选出四个世界级科学家的报告来重点介绍国际空间科学界最近所取得的一些杰出成果。“悟空”号的成果被列为“最新结果议程”的四个报告之一,在世界各国空间科学负责人的圆桌讨论及空间科学大会开幕式之前向所有与会者介绍。

瑞典皇家科学院院士、诺贝尔物理学奖评奖委员会秘书拉瑟·贝格斯特姆(Lars Bergstrom)教授对“悟空”号首次直接测量到电子宇宙射线能谱的拐折的成果表示了肯定。美国约翰·霍普金斯大学的著名物理学家马克·卡米恩科夫斯基(Marc Kamionkowski)教授也高度评价这一成果,认为这是年度最令人激动的科学进展之一。

(原载于《科技日报》 2019-03-11 08版)

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