悟空小檔案

【模樣】長、寬、高分別為1.5米、1.5米、1.2米，比一張辦公桌大不了多少。整體質量為1.85噸，有效載荷質量為1.4噸，軌道高度為500公里，壽命3年以上。

【神通】能通過探測宇宙中高能粒子的方向、能量以及電荷大小來間接尋找和研究暗物質粒子，是迄今為止觀測能段范圍最寬、能量分辨率最優的空間探測器。

【筋斗云】搭載由中國航天科技集團第八研究院研制的長征二號丁型火箭升空。

12月17日，暗物質粒子探測衛星悟空在酒泉衛星發射中心成功發射升空，順利進入預定轉移軌道。此后，悟空將正式開啟在茫茫宇宙中尋找暗物質的征途。為什么要發射衛星去探測暗物質？悟空擁有哪些神通本領？

探索的過程就像和暗物質捉迷藏，這或許是解開宇宙起源之謎的必經之路

什么是暗物質？暗物質粒子探測衛星首席科學家、紫金山天文臺研究員常進這樣解釋：宇宙中，我們能看見的物質，都因為帶有電子而能發光；我們能觸碰一張桌子、一面墻，感覺到它們的存在，是因為有電磁場的相互作用。而暗物質是不帶電荷的，也沒有電磁場的相互作用，能像幽靈一樣穿透阻礙物，不著痕跡地從身邊飛走。因此盡管我們周圍極可能存在暗物質，例如平均1立方厘米的空氣中可能就有上千顆暗物質粒子，但并不能為我們所看到或感覺到。

雖然看不見摸不著，但尋找和認識暗物質卻意義重大。科學家們相信，通過探索暗物質，人類最終能夠解開宇宙的起源之謎。

然而，由于暗物質粒子不與光作用，也不會發光，普通光學觀測無法發現它的蹤跡。所以，尋找暗物質的過程，就像和幽靈捉迷藏，并不容易。

據常進介紹，目前世界范圍內大致有3種方法來捕獲暗物質。第一種基于可見物質相互作用能產生暗物質的假設。科學家用大型質子對撞機，將兩束高能粒子對撞產生暗物質粒子，也就是說在加速器上將暗物質粒子創造出來。

第二種方法基于暗物質能與普通物質產生互相作用的假設。該方法嘗試直接探測暗物質粒子和普通原子核碰撞產生的信號。簡單地說，研究過程就是將一個靜止的靶子設置好，如果暗物質打進來，帶電原子核就會飛出去，這個信號就會被發現。

還有一種方法就是暗物質粒子和暗物質粒子相互作用的間接探測。世界上的物質都有反物質，當一個物質遇到一個反物質的時候，兩者都會被摧毀，由此產生巨大的能量。但是暗物質非常獨特，它的反物質就是本身，如果暗物質粒子和自身的反物質粒子發生碰撞，產生的能量將更大。

常進說：根據目前的理論模型，暗物質粒子衰變或相互作用后可能會產生穩定的高能粒子，如伽馬射線、正電子、反質子、中微子等，且其流量遠高于正常值。假如能夠監測到暗物質粒子碰撞后產生的高能粒子，精確測量這些粒子的能譜，就可能發現暗物質留下的蛛絲馬跡，從而間接證明暗物質的存在。

暗物質粒子探測衛星正是基于第三種暗物質粒子湮滅或衰變的假設而研制的。

暗物質碰撞產生的明物質可能分布在高能譜段，要精確觀測必須發射衛星

2011年，常進提出了研制和發射暗物質粒子探測衛星的想法。常進說，宇宙射線的最高能量比目前世界上最大的加速器高一億倍以上，可以說宇宙空間是最好的實驗室。

常進曾經研制過一個小探測器，搭載在美國的一個長期停留于大氣層上空的氣球上，做了兩個月的實驗。在這次實驗中，探測器觀測到在高能譜段有一些奇怪的現象發生，由此推測，可能是暗物質碰撞產生了明物質，分布在非常高的譜段。

要想觀測到高能譜段，就必須發射衛星，探測器更大，才能看得更清楚；而且在太空中，受到的干擾最小，衛星飛行兩到三年，能夠累積很多數據，能看到能量譜是不是按照通常理解的方式分布。如果不是，就需要解釋其中原因。常進說。

暗物質粒子探測衛星科學應用系統總設計師伍健說：這枚衛星將通過高空分辨、寬能譜段觀測高能電子和伽馬射線，尋找和研究暗物質粒子，其探測能段能達到10GeV，這是迄今為止觀測能段范圍最寬，能量分辨率最優的空間探測器，超過國際上所有同類探測器。

據介紹，和此前的探索手段相比，悟空能探測的粒子的最大能量約是阿爾法磁譜儀2號的10倍；同時，能量分辨率更高，比美國航天局費米衛星的準確率提升了10倍，并能觀測阿爾法磁譜儀2號所無法觀測的光子；此外，悟空還提高了電子與質子相互區別的能力，將對兩者的誤判下降到幾十萬分之一。

熱氣球雖然造價低，但運行不太穩定；阿爾法磁譜儀2號雖然能夠長時間觀測，但耗資高，造價大約是20億美元。我們這顆衛星的造價約為7億元，相比之下耗資少、重量輕，被寄予厚望。伍健說。

空間科學衛星工程常務副總指揮、中國科學院國家空間科學中心主任吳季指出，悟空作為中國科學院空間科學戰略性先導科技專項中首批立項研制的4顆科學實驗衛星之一，意義和使命都十分重大。

承載了4層科學探測器的悟空好比一扇新窗戶，通過它能發現更多的未知

悟空到底長啥樣？

從外表看，暗物質粒子探測衛星像一個倒立的4層蛋糕，衛星的科學探測有效載荷主要分為4層：從上往下依次是塑閃陣列探測器、硅陣列探測器、BGO量能器和中子探測器，它們除了要完成各自的任務外，還要相互補充、互為備份。大蛋糕上裱花和內餡的復雜程度令人咋舌。整個探測器有42000路電子學讀出電路，168路高壓電源，接近8萬路探測器通道數。

據介紹，探測衛星設計壽命為3年，在軌工作時間預計能達到5年。

衛星主要是通過探測宇宙中高能粒子的方向、能量以及電荷大小來間接尋找和研究暗物質粒子。它在發射升空后，4層科學探測器將面朝太空，全面接收來自宇宙的高能粒子和伽馬射線，這相當于在宇宙中放置了一臺除去大氣層面紗的超高清望遠鏡。收集到的科學數據將完整保存，并實時傳回地面。常進說。

在工作中，悟空如何排除其它天體的干擾呢？

常進介紹，主要有3種方法，第一是提高能量分辨率和空間分辨的本領；第二是要降低本底，就是把觀測到的信號，與大量的宇宙射線區別開來，降低宇宙射線背景；第三就是提高靈敏度。

很多人都關心，究竟觀測到了什么就表明探測到暗物質？一旦用衛星收集到并實時傳回地面的科學數據勾勒出的伽馬射線能譜反映出譜線極段等特征信號，科學家就算獲得了暗物質粒子存在的強有力證據。暗物質粒子探測衛星工程衛星系統總設計師李華旺說。

談到對悟空的期待，常進表示，現在它能正常工作就行，指望能一下準確找到暗物質，是不現實的。盡管最主要的目標是去找暗物質，但是探測器本身就是一個望遠鏡，一旦打開這扇新的窗戶，必然發現更多新奇的現象，這是最關鍵的。

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