“十三五”成就巡禮

　　過(guò)去的幾天，當全國上下都在慶祝國慶、中秋佳節時(shí)，天上那只“猴子”依舊奔跑在太陽(yáng)同步軌道上，忙忙碌碌。

　　而500公里之下的中國科學(xué)院紫金山天文臺“悟空”號科研團隊，在首席科學(xué)家常進(jìn)院士的帶領(lǐng)下也沒(méi)閑著(zhù)，正在深入分析宇宙線(xiàn)和伽馬射線(xiàn)數據。

　　從2015年12月20日接收到第一幀數傳數據，至2020年9月30日，“悟空”號衛星已在軌飛行1746天，完成了全天區的第9遍掃描，共探測并處理了約86.9億個(gè)高能粒子。

　　“‘悟空’號的設計壽命為3年，目前探測器及衛星平臺運行狀態(tài)良好，已于2019年1月正式進(jìn)行首次延壽運行，為期2年。基于悟空號目前優(yōu)異的工作狀態(tài)，有望于2021年1月再次延壽運行。”團隊負責人之一、范一中研究員告訴科技日報記者。

　　美猴王的“水晶棒”將撥開(kāi)暗物質(zhì)“烏云”

　　2015年12月17日8時(shí)12分，我國在酒泉衛星發(fā)射中心用長(cháng)征二號丁運載火箭成功將中國科學(xué)衛星系列首發(fā)星——暗物質(zhì)粒子探測衛星“悟空”發(fā)射升空。

　　“這是中國科學(xué)家首次在太空中放置自己的高分辨率高能空間望遠鏡。”常進(jìn)說(shuō)，“它有望深刻地改變人類(lèi)的宇宙觀(guān)，實(shí)現空間科學(xué)重大突破。”

　　“悟空”的使命是尋找宇宙暗物質(zhì)。科學(xué)家推測，宇宙中95%以上是暗物質(zhì)和暗能量，其中暗物質(zhì)占26.8%。暗物質(zhì)不發(fā)光、不發(fā)出電磁波、不參與電磁相互作用，它無(wú)法用任何光學(xué)或電磁波觀(guān)測設備直接“看”到。

　　人類(lèi)探測暗物質(zhì)的方式主要分為三類(lèi)：一是對撞機探測，主要有歐洲核子中心的大型強子對撞機；二是在地下進(jìn)行的直接探測，我國在四川錦屏山地下實(shí)驗室中正在開(kāi)展相關(guān)實(shí)驗；三是間接探測，主要在空間進(jìn)行。

　　“悟空”衛星就是采用第三種方式。物理學(xué)家們認為，暗物質(zhì)粒子碰撞后會(huì )產(chǎn)生高能粒子，如伽馬射線(xiàn)、正負電子、正反質(zhì)子、中微子等。暗物質(zhì)衛星能精確探測這些粒子，通過(guò)其能譜、空間分布來(lái)尋找暗物質(zhì)粒子存在的證據。

　　目前，國際上有三個(gè)著(zhù)名的暗物質(zhì)探測器，“悟空”是世界上迄今為止觀(guān)測能段范圍最寬、能量分辨率最優(yōu)的空間探測器。

　　以《西游記》中美猴王的名字命名的衛星“悟空”，沒(méi)有攜帶金箍棒，卻帶了300多根“水晶棒”。

　　“悟空”衛星的BGO能量器包含308根縱橫交錯的晶體，每一根都有2.5厘米見(jiàn)方、60厘米長(cháng)，是世界最長(cháng)的BGO晶體。這些漂亮的“水晶棒”能夠測量入射粒子的能量，從而獲取宇宙粒子的蛛絲馬跡。

　　“年富力強”的“悟空”還將繼續服役

　　每天清晨和傍晚，“悟空”都會(huì )路過(guò)中國上空。位于密云、喀什、三亞的三個(gè)數據接收站，每天要接收它回傳的約16G數據。而“悟空”號科研團隊就是要從日積月累的海量數據中分析出有價(jià)值的科學(xué)成果。

　　早在2017年，“悟空”號科研團隊就已向世界展示出首批成果：精確測量的太空中的電子宇宙射線(xiàn)能譜。2019年，團隊再次公布了對質(zhì)子宇宙射線(xiàn)能譜的精確測量結果，發(fā)現能譜上存在一處新的結構。科學(xué)家們推測，這可能是鄰近某宇宙射線(xiàn)源的印記。

　　科學(xué)家從宇宙射線(xiàn)能譜中得出的判斷是否準確，有兩個(gè)相關(guān)因素：一是累積的數據量，二是背景的干擾性。數據量當然多多益善，而背景干擾則是越低越好。

　　因此，常進(jìn)院士的生活規律就是早上醒來(lái)先看前一天衛星數據的總結報告，每晚看完當天已下載數據的分析才能入眠。

　　目前，“悟空”號科研團隊正開(kāi)展氦核宇宙射線(xiàn)能譜分析。“我們發(fā)現氦核能譜也存在類(lèi)似質(zhì)子譜的拐折結構，這為我們進(jìn)一步理解宇宙射線(xiàn)起源這一世紀謎題提供了重要數據。”紫金山天文臺袁強研究員告訴記者。

　　此外，“悟空”號團隊還在伽馬射線(xiàn)數據中搜尋暗物質(zhì)信號，并正積極推動(dòng)下一代暗物質(zhì)粒子探測衛星——“甚大面積伽馬射線(xiàn)空間望遠鏡（VLAST）”的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。

　　據范一中介紹，“悟空”設計壽命為3年，目前已經(jīng)超期服役近2年，但它看起來(lái)依舊“年富力強”，有望再次延長(cháng)工作時(shí)間。

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