暗物质卫星发射周年 “悟空”一年干了别人十年的活

 

 

　　新华社发

　　2015年12月17日8时12分

　　在酒泉卫星发射中心成功发射

　　主要本领：测量高能粒子的能量、方向和电荷以及鉴别粒子的种类

　　17日，一只“猴子”在宇宙中迎来一周岁生日。

　　作为中国科学卫星系列的首发星——暗物质粒子探测卫星“悟空”发射升空整整一年。17日上午9点半，紫金山天文台暗物质卫星监控大厅中，一个三层高的暗物质卫星主题蛋糕吸引了大家的目光，一群科学家为平稳运行一年的暗物质卫星“悟空”开了一场“生日宴会”。

　　庆生之际，这只太空“猴子”也获得了年度考评双优的佳绩。15日至16日在南京举行的“悟空”升空一周年学术年会上，所有参会的中外暗物质研究专家都给“悟空”的表现打了100分。

　　体检结果：年度考评获“双优”

　　——“悟空”体检。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。结论：100分。

　　——“悟空”工作业绩。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。迄今已完成全天区覆盖两次，共探测有效事例18亿个。结论：等级“优秀”。

　　“天性奔放的‘悟空’，上了天比在地上更‘精神’。”科学家们总结。

　　“高分辨率的观测效果‘比预想更好’。”日内瓦大学教授吴欣说，“7万多路探测粒子信道目前工作正常，备用的器件都没有用上，设计寿命3年，期望运行5到10年。同时，收集到目标粒子越来越多，绘制的能谱越来越稳定，有望早日取得突破性发现。”

　　对于照料悟空“起居”的卫星监控团队来说，值班流程的不断简化，是小“猴子”健康成长的直接体现。

　　“上天初期，每天两班人马轮番上阵，出现问题第一时间处理;如今，不正常的情况相当罕见，只要办公室有人在就可以代为查看。”暗物质卫星科学应用系统总设计师伍健说。

　　工作业绩：发现了一些“解释不了”的奇怪现象

　　“前方高能——”“悟空”几乎每天都在太空中大喊。这是因为，超高能电子是“悟空”的主要“目标”。

　　据统计，从其一年捕获的18亿个粒子中，5GEV到10TEV区间的高能电子数量已经达到100万个。“超高能电子”为何至关重要?因为它们可能来自于暗物质湮灭。

　　高分辨率的观测效果“比预想更好”，除了体现在不断积累“超高能电子”，还体现在用一年时间完成的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。

　　不仅如此，“悟空”的火眼金睛，还在18亿个粒子中发现了一些现有基本的物理知识“解释不了”的奇怪现象。

　　暗物质卫星科学应用系统副总师范一中告诉记者，“惊喜就隐藏在这能谱的结构中，‘正常’的能谱结构一定是光滑的，如果发生了现有理论解释不了的能谱结构，那么至少是新的天文现象，也很可能就是暗物质的信号。”范一中说。

　　“可以负责任地说，‘悟空'的表现超出预期，正在打开物理新窗口的道路上稳步前进!”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说。

　　未来使命：驱散笼罩在物理学上的“乌云”

　　暗物质和暗能量，被科学家们称为“笼罩在21世纪物理学上的两朵乌云”。科学界认为，揭开暗物质之谜，将是继哥白尼的日心说、牛顿的万有引力定律、爱因斯坦的相对论以及量子力学之后，人们认识自然规律的又一次重大飞跃。它可能让人类更加深刻认识，甚至颠覆人类对基本的物质构成的规律。

　　毫无疑问，科学家寻找暗物质的征程绝不平坦，甚至不排除无功而返的可能性。

　　12月9日，安装在国际空间站上的阿尔法磁谱仪(AMS)发布了5年的最新实验成果。领导该项目的诺贝尔奖获奖者丁肇中解释，目前所测量到的现象与人们对暗物质的预测是吻合的，但是现在还不能肯定已经找到暗物质，还需要进一步积累数据。

　　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。对比AMS等一大批探测手段，“悟空”具有3个世界之最的先天优势：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。

　　“‘悟空’上天一年，观测数据相当于AMS的5到10年的数据总量。”常进说。“我们的最新成果将在2017年初正式公布。”据新华社

　　火眼金睛要看啥?

　　宇宙中95%以上是暗物质和暗能量

　　暗能量68.3%

　　暗物质26.8%

　　普通物质接近5%

　　暗物质不发光、不发出电磁波、不参与电磁相互作用、无法用任何光学或电磁观测设备直接“看”到

　　暗物质不和它自己以及其他物质发生除了引力以外的作用。

　　暗物质应该来自于宇宙大爆炸；暗物质密度小，速度快。

　　科学家测算暗物质粒子运动速度为220千米/秒。

　　制图 职文胜

　　未来5年中国还要发射5颗空间科学卫星

　　中国计划在未来5年左右研制并发射5颗新的科学卫星，有望在空间科学、技术和应用方面取得一系列重大创新突破。

　　中国科学院国家空间科学中心主任吴季透露，目前中科院已遴选出5个空间科学卫星项目，争取在2020年前后发射。

　　除此之外，中科院也在为“十四五”科学卫星工程研制做准备，预计将在2017年前后从系外类地行星探测计划(STEP)、X射线时变与偏振探测(XTP)、太阳极轨望远镜计划(SPORT)和空间毫米波VLBI阵列(S-VLBI)这4个正在进行关键技术攻关的空间科学卫星项目中，择优遴选1至2个开展工程研制，在“十四五”期间发射。据新华社

　　看风看水看太阳

　　太阳风-磁层相互作用

　　全景成像卫星计划(SMILE)

　　磁层-电离层-热层耦合

　　小卫星星座探测计划(MIT)

　　对人类进一步了解太阳活动对地球等离子体环境和空间天气的影响，具有重要的科学意义和应用价值。

　　全球水循环

　　观测卫星(WCOM)：

　　对于深入理解影响空间天气的一些重要物理过程有着重要意义，与国际同领域的任务相比，具有独特的切入点和创新思想。

　　实现对地球系统中水的分布、传输与相变过程的机理及水循环系统的时空分布特征认识上的突破，揭示全球变化背景下水循环变化特征，深化理解水循环对全球变化的响应与反馈作用的科学规律。

　　爱因斯坦探针(EP)：

　　致力于发现和探测几乎所有尺度上的沉寂的黑洞，探测引力波爆发源的电磁波对应体并对其定位，系统性地开展大样本X射线源的时变巡天监测。

　　先进天基

　　太阳天文台(ASO-S)

　　作为中国首颗太阳探测卫星，将结束中国科学家一直使用国外太阳观测资料的局面。这颗卫星将观测并研究太阳耀斑和日冕物质抛射相互关系和形成规律、太阳耀斑爆发和日冕物质抛射与太阳磁场之间的因果关系，研究太阳爆发能量的传输机制及动力学特征等。它对重大灾害性空间天气事件的预报，将为中国空间环境保障做出重要贡献。

　　责编：李志翔