□ 謝 博

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用“絕活”探測(cè)宇宙中的暗物質(zhì)
——中國首顆暗物質(zhì)衛(wèi)星“悟空”成功發(fā)射升空

□ 謝 博

我國“暗物質(zhì)粒子探測(cè)”衛(wèi)星在軌示意圖

暗物質(zhì)和暗能量是籠罩20世紀(jì)末和21世紀(jì)初現(xiàn)代物理學(xué)晴朗上空的兩大烏云，找到主宰宇宙命運(yùn)的暗物質(zhì)粒子和確定暗能量性質(zhì)，無疑是這個(gè)世紀(jì)物理學(xué)最重大的發(fā)現(xiàn)。

暗物質(zhì)披著隱身斗篷，藏匿于宇宙之間，科學(xué)家絞盡腦汁，上天（發(fā)射暗物質(zhì)探測(cè)器）入地（在地下深處建暗物質(zhì)探測(cè)器），或試圖在加速器的“粒子工廠”將暗物質(zhì)粒子“創(chuàng)造”出來，卻依然未能找到它的直接證據(jù)。

“悟空”火眼金睛，可否撥云見日，發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)的蛛絲馬跡，掀開困擾我們近一個(gè)世紀(jì)的籠罩在 “隱身胖子”上的面紗一角？

我們已經(jīng)走到了物理學(xué)發(fā)展史上一個(gè)新的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，一場新的變革和革命即將在物理學(xué)發(fā)生。

在人類的太空探索中，天文衛(wèi)星的問世使天文學(xué)產(chǎn)生了第三次飛躍，因?yàn)樗淖兞艘酝赜^天的傳統(tǒng)，擺脫了大氣層的封鎖，可在全波段范圍內(nèi)對(duì)宇宙空間進(jìn)行詳細(xì)的觀測(cè)。自從1960年世界第一顆天文衛(wèi)星上天以來，可見光天文衛(wèi)星、X射線天文衛(wèi)星、γ射線天文衛(wèi)星、紅外天文衛(wèi)星和紫外天文衛(wèi)星等各類天文衛(wèi)星層出不窮，其觀測(cè)成果極大地促進(jìn)了天文學(xué)的發(fā)展。為此，美國、歐洲航天局、日本、俄羅斯、印度等越來越多的國家和組織不斷研制和發(fā)射多種新型天文衛(wèi)星，并獲得巨大科研成果。經(jīng)過多年努力，我國也于2011年啟動(dòng)了“空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)”，將陸續(xù)發(fā)射各類多顆天文衛(wèi)星，逐漸改變我國只是天文知識(shí)的使用國，而非產(chǎn)出國的局面，以獲得重大原創(chuàng)性天文學(xué)成果，并使得我國有能力為人類的太空探索、技術(shù)進(jìn)步及社會(huì)發(fā)展做出持續(xù)性的貢獻(xiàn)。2015年12月17日8 時(shí)12分，我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射場用長征二號(hào)丁運(yùn)載火箭成功發(fā)射自行研制的第一顆天文衛(wèi)星——“暗物質(zhì)粒子探測(cè)”（DAMPE）衛(wèi)星“悟空”順利進(jìn)入預(yù)定轉(zhuǎn)移軌道，運(yùn)行在被黑暗主宰的太空，尋找神秘莫測(cè)、幽靈一般的暗物質(zhì)，從而拉開了我國空間天文學(xué)發(fā)展的序幕。

2015年12月17日8時(shí)12分，我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用長征二號(hào)丁運(yùn)載火箭成功將名為“悟空”的暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星送入太空。

大隱隱于宇——如何探測(cè)暗物質(zhì)

暗物質(zhì)是一種比電子和光子還要小的物質(zhì)，不帶電荷，不與電子發(fā)生干擾，能夠穿越電磁波和引力場，是宇宙的重要組成部分。其密度非常小，但是數(shù)量龐大，因此它的總質(zhì)量很大。暗物質(zhì)無法直接觀測(cè)得到，本身不和已知的任何明物質(zhì)發(fā)生關(guān)系，唯一發(fā)生關(guān)系的就是引力的變化，能干擾星體發(fā)出的光波或引力，其存在能被明顯地感受到。

暗物質(zhì)是由萬有引力效應(yīng)明確證實(shí)其存在，但卻無法通過電磁波被直接觀測(cè)到的物質(zhì)，這是長久以來粒子物理和宇宙學(xué)的核心問題之一，其研究成果很可能帶來基礎(chǔ)科學(xué)上的重大突破，導(dǎo)致粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型和大爆炸宇宙論的完善、更新甚至揚(yáng)棄，預(yù)示著人類對(duì)物質(zhì)世界認(rèn)識(shí)的新的革命，直接推進(jìn)人類對(duì)宇宙的演化，對(duì)物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)和基本相互作用的理解，也將是人類對(duì)自然界認(rèn)識(shí)革命性的飛躍。所以，不少國家都在開展這一方向的研究。

宇宙的組成包括普通物質(zhì)、暗物質(zhì)和暗能量，其中暗物質(zhì)約占宇宙27%，暗能量約占68%，我們通常所觀測(cè)到的普通物質(zhì)只占宇宙質(zhì)量5%。有人形象地把暗物質(zhì)比喻為看不見的“宇宙膠”，據(jù)信，星系不會(huì)四分五裂，就是因?yàn)楸凰匙×恕?/p>

現(xiàn)在，通常用三種探測(cè)方法了解暗物質(zhì)的本質(zhì)：地下直接探測(cè)、加速器實(shí)驗(yàn)探測(cè)和太空間接探測(cè)。其中地下直接探測(cè)的實(shí)驗(yàn)是在地下（為了防干擾）布下“靶子”，等著暗物質(zhì)粒子撞擊留下蛛絲馬跡，這種守株待兔的方法至今對(duì)暗物質(zhì)存在的參數(shù)空間給出了一定的限制；地面加速器上的實(shí)驗(yàn)是在加速器的“粒子工廠”將暗物質(zhì)粒子“創(chuàng)造”出來，這種主動(dòng)創(chuàng)造的方法目前沒有明確地給出暗物質(zhì)搜尋的結(jié)果；太空間接探測(cè)實(shí)驗(yàn)是到太空捕捉暗物質(zhì)粒子湮滅或衰變后留下的證據(jù)，此法看到了一些暗物質(zhì)粒子存在的跡象，但仍需要進(jìn)一步的數(shù)據(jù)積累以及更高能量的精確測(cè)量，以確定這些信號(hào)究竟是來自于暗物質(zhì)或是其他天體物理過程。這三種方法互為補(bǔ)充，互相印證。“悟空”采用的是太空間接探測(cè)的方法。

通過太空間接探測(cè)可以了解暗物質(zhì)在整個(gè)宇宙或者特定星系中的情況，與暗物質(zhì)的空間分布、作用本質(zhì)聯(lián)系更加緊密。其最好的探測(cè)對(duì)象是光子，因?yàn)楣庾硬皇艽艌鲇绊懚D(zhuǎn)，可直接反映粒子產(chǎn)生的源的信息。暗物質(zhì)衛(wèi)星探測(cè)的是暗物質(zhì)粒子之間相互碰撞湮滅后所產(chǎn)生的明物質(zhì)高能粒子，這種暗物質(zhì)粒子湮滅的物理機(jī)制在國際上是一種比較認(rèn)可的物理模型。

測(cè)量宇宙線粒子能量的探測(cè)器一般有量能器和磁譜儀兩種，其中量能器用于測(cè)量宇宙線在探測(cè)器中產(chǎn)生的簇射，但無法區(qū)分宇宙線的電荷符號(hào)。磁譜儀用于測(cè)量宇宙線在其磁場中的偏轉(zhuǎn)，能夠區(qū)分正反物質(zhì)。我國“暗物質(zhì)粒子探測(cè)”等天文衛(wèi)星使用量能器探測(cè)暗物質(zhì)；“國際空間站”上的α磁譜儀2號(hào)等使用磁譜儀探測(cè)暗物質(zhì)。

延伸閱讀：關(guān)于暗物質(zhì)，我們知之甚少……

◆ 看不見、摸不著、“重”如山。

宇宙中95%以上是暗物質(zhì)和暗能量，暗物質(zhì)占26．8%。暗物質(zhì)不帶電荷，不與電子發(fā)生干擾，能夠穿越電磁波和引力場，無法用任何光學(xué)或電磁觀測(cè)設(shè)備直接“看”到。

◆ 密度小、速度快，難以捕捉。

延伸閱讀：錦屏山探尋“宇宙最神秘粒子”

科學(xué)家測(cè)算，暗物質(zhì)粒子的運(yùn)動(dòng)速度大約為子彈出膛速度的300倍。

◆ 暗物質(zhì)應(yīng)該來自于宇宙大爆炸。

在宇宙早期某一個(gè)時(shí)刻，宇宙溫度非常高，粒子能量非常強(qiáng)，它們劇烈碰撞，在這種相互作用下，包括暗物質(zhì)在內(nèi)的各種各樣的物質(zhì)由此產(chǎn)生。

我國已在四川雅礱江錦屏山的隧道內(nèi)建造了錦屏極深地下暗物質(zhì)實(shí)驗(yàn)室。其上方有厚達(dá)2400米的巖石層，可以將穿透力極強(qiáng)的宇宙射線隔絕到只有地面水平的大約億分之一，為探測(cè)暗物質(zhì)提供了一個(gè)幾乎沒有干擾的環(huán)境。實(shí)驗(yàn)室使用的是我國自主設(shè)計(jì)的高純鍺探測(cè)器，測(cè)量暗物質(zhì)粒子與鍺晶體碰撞時(shí)產(chǎn)生的熱。加拿大、美國、意大利、日本等國也建有尋找暗物質(zhì)的地下實(shí)驗(yàn)室。◆ 宇宙的結(jié)構(gòu)與暗物質(zhì)有關(guān)。

由于暗物質(zhì)和它自己以及其他物質(zhì)不發(fā)生除了引力以外的作用，它是促使宇宙膨脹時(shí)在自身引力下形成特定結(jié)構(gòu)的首要物質(zhì)類型。暗物質(zhì)播下了宇宙絲狀結(jié)構(gòu)的種子，隨后可見物質(zhì)才聚集在一些由暗物質(zhì)建立起來的引力點(diǎn)上，并最終形成了星系。

◆ 暗物質(zhì)對(duì)生命來說是絕不可少的。

它們讓我們的銀河系、河外星系等在其強(qiáng)大的引力作用之下凝聚成形而不至甩得分崩離析。

暗物質(zhì)分布圖。2007年1月，經(jīng)過4年的努力，70位研究人員繪制出的宇宙部分區(qū)域暗物質(zhì)分布三維“藍(lán)圖”。這張圖是通過引力透鏡原理獲得的。

中國錦屏極深地下暗物質(zhì)實(shí)驗(yàn)室剖面示意圖

探測(cè)“流竄”粒子——α磁譜儀2號(hào)身負(fù)厚望

在空間探測(cè)暗物質(zhì)實(shí)驗(yàn)方面，目前最著名的是“國際空間站”上的α磁譜儀2號(hào)，它已取得了一些重要成果。

與天文望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)物質(zhì)發(fā)出的可見光和電磁波不同，α磁譜儀2號(hào)是直接觀測(cè)粒子本身，因而它有可能能夠發(fā)現(xiàn)天文望遠(yuǎn)鏡無法發(fā)現(xiàn)的暗物質(zhì)等。

由諾貝爾獎(jiǎng)獲得者丁肇中為首席科學(xué)家的α磁譜儀2號(hào)耗資20億美元，由硅徑跡探測(cè)器、穿越輻射探測(cè)器、飛行時(shí)間探測(cè)器、永磁體、環(huán)像切連科夫探測(cè)器等組成。它是利用磁場使正負(fù)電子偏轉(zhuǎn)，從而能分辨正負(fù)電子的方向，區(qū)分正反粒子并測(cè)定其電荷。根據(jù)偏轉(zhuǎn)的曲率半徑還可以計(jì)算宇宙線粒子的剛度，結(jié)合電荷、速度等測(cè)量結(jié)果，可以求出宇宙線粒子的能量。

換句話說，它主要是通過強(qiáng)大而特殊的磁場來探測(cè)到太空中“流竄”的粒子。帶電粒子進(jìn)入磁場后軌跡會(huì)發(fā)生變化，不同帶電粒子的軌跡變化也不同，而不帶電的粒子的軌跡則不會(huì)發(fā)生變化，因而觀測(cè)粒子進(jìn)入這一磁場后軌跡是否變化，變化程度有什么不同，就可以推知這是何種粒子。

α磁譜儀2號(hào)可在太空中對(duì)電子、正電子以及電子與正電子總和進(jìn)行許多獨(dú)立的測(cè)量，已收集到目前為止最大量的宇宙線事例，并給出了最精確的宇宙線能譜。

2014年，“國際空間站”α磁譜儀2號(hào)項(xiàng)目研究團(tuán)隊(duì)公布了最新研究成果。其測(cè)量表明，暗物質(zhì)可能存在。暗物質(zhì)碰撞產(chǎn)生過量正電子有6個(gè)特征，其中開始點(diǎn)、上升速率、最高點(diǎn)等5個(gè)特征都已被α磁譜儀2號(hào)測(cè)量到，最后1個(gè)特征就是要測(cè)量正電子產(chǎn)生率會(huì)不會(huì)突然下降。該項(xiàng)目研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，要證實(shí)過量正電子是由暗物質(zhì)碰撞產(chǎn)生，6個(gè)特征缺一不可。最后一個(gè)特征就是正電子比例上升到最高點(diǎn)后是否有驟降，如果觀察到驟降，說明過量正電子來自暗物質(zhì)對(duì)撞；如緩慢下降，則可能來自脈沖星等天體。因此，α磁譜儀2號(hào)正在進(jìn)一步測(cè)量相關(guān)數(shù)據(jù)。丁肇中說，5個(gè)特征都已經(jīng)測(cè)量到了，最后1個(gè)特征就是產(chǎn)生率會(huì)不會(huì)突然下降，這個(gè)要花很多的時(shí)間。如果很快下降一定是暗物質(zhì)跟暗物質(zhì)對(duì)撞產(chǎn)生正電子，因?yàn)榘滴镔|(zhì)能量有限，到一定能量以后就不可能再產(chǎn)生正電子，所以會(huì)突然下降。

2015年4月15日，α磁譜儀2號(hào)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)公布了最新研究成果，其最新對(duì)宇宙射線中正電子、反質(zhì)子與質(zhì)子特性的測(cè)量，或?yàn)槔斫庥钪嫔渚€的產(chǎn)生、延伸及探索暗物質(zhì)提供重要信息。進(jìn)入太空4年來，α磁譜儀2號(hào)已經(jīng)收集了超過600億個(gè)能量最高至數(shù)萬億電子伏特的宇宙射線事件，其對(duì)正電子比例、電子與正電子頻譜等的新測(cè)量結(jié)果無法以現(xiàn)有的常規(guī)宇宙射線碰撞模型解釋，但卻與暗物質(zhì)碰撞模型相一致，不過也存在受脈沖星等新天體物理源或超新星殘骸等宇宙加速和延伸機(jī)制影響的可能。α磁譜儀2號(hào)對(duì)正電子比例、反質(zhì)子與質(zhì)子比例、質(zhì)子通量等宇宙射線事件的測(cè)量提供了精確卻又出乎意料的信息，這需要一個(gè)全面模型斷定新的測(cè)量特性是否源自暗物質(zhì)、天體物理源或宇宙加速膨脹機(jī)制。

不過，由于受限于可以發(fā)射升空的磁場強(qiáng)度大小，α磁譜儀2號(hào)測(cè)量的能量譜段只有600吉電子伏，最多為800吉電子伏。

裝在“國際空間站”桁架上的α磁譜儀2號(hào)。

“暗物質(zhì)粒子探測(cè)”衛(wèi)星的太陽電池翼展開試驗(yàn)（初樣階段）

“暗物質(zhì)粒子探測(cè)”衛(wèi)星力學(xué)振動(dòng)試驗(yàn)（初樣階段）

載荷現(xiàn)場聯(lián)試

等待“幽靈”顯形——“暗物質(zhì)粒子探測(cè)”衛(wèi)星任重道遠(yuǎn)

“暗物質(zhì)粒子探測(cè)”衛(wèi)星的科學(xué)目標(biāo)是間接探測(cè)暗物質(zhì)，研究宇宙線物理和γ射線天文。它主要探測(cè)電子宇宙射線、高能γ射線等，即通過在高空間分辨、寬能譜段觀測(cè)高能電子和γ射線尋找和研究暗物質(zhì)粒子，在暗物質(zhì)研究這一前沿科學(xué)領(lǐng)域取得重大突破；通過觀測(cè)能譜范圍在太電子伏以上的高能電子及重核，在宇宙射線起源方面取得突破；通過觀測(cè)高能γ射線，在γ天文學(xué)方面取得重要成果。

該天文衛(wèi)星質(zhì)量為1.9噸，其中有效載荷質(zhì)量為1.4噸。它采用以載荷為中心的設(shè)計(jì)方案。其有效載荷包括塑閃陣列探測(cè)器、硅陣列探測(cè)器、BGO量能器、中子探測(cè)器及載荷數(shù)據(jù)管理器。

塑閃陣列探測(cè)器采用國內(nèi)研制的世界最大閃爍體，用于測(cè)量入射宇宙線的電荷以區(qū)分不同核素，區(qū)分高能電子和γ射線，由于攻克了“塑閃晶體溫度形變適應(yīng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”這一關(guān)鍵技術(shù)，所以探測(cè)器本底水平比國外同類探測(cè)器低5倍以上。與歐洲合作研制的硅陣列探測(cè)器達(dá)到國際領(lǐng)先水平，主要功能是測(cè)量入射宇宙線粒子的方向和電荷。γ射線首先在硅陣列探測(cè)器中轉(zhuǎn)化為正負(fù)電子對(duì)，然后進(jìn)入BGO量能器。

BGO量能器是“暗物質(zhì)粒子探測(cè)”衛(wèi)星中最核心、最重的設(shè)備，尺寸為60厘米×60厘米×60厘米，其中有數(shù)百根晶體棒橫豎分層排列。其晶體跟鐵比重一樣，是一種被廣泛用來探測(cè)高能帶電粒子和γ射線的閃爍體材料，功能是測(cè)量宇宙線粒子尤其是電子和γ射線的能量。當(dāng)高能宇宙線粒子打入BGO量能器后，根據(jù)那些發(fā)光的晶體來判斷粒子到達(dá)的方向，因?yàn)榱Ｗ訒?huì)在BGO晶體中產(chǎn)生級(jí)聯(lián)簇射，由于宇宙線電子和質(zhì)子在探測(cè)器中產(chǎn)生的簇射的形狀完全不同，所以根據(jù)宇宙線粒子產(chǎn)生的簇射的形狀能判斷入射粒子的種類。入射粒子的能量越高，產(chǎn)生的簇射就越大，沉積在探測(cè)器內(nèi)的能量就越多。根據(jù)在探測(cè)器中的能量沉積可確定入射宇宙線的能量。

探測(cè)器做得越厚，能量分辨率就會(huì)越高，能量探測(cè)范圍也就越大?，F(xiàn)在，由于這種60厘米長的BGO晶體只有中科院上海硅酸鹽研究所能做出來，所以“暗物質(zhì)粒子探測(cè)”衛(wèi)星是目前觀測(cè)能段范圍最寬、能量分辨率最優(yōu)的空間探測(cè)器，超過國際上所有同類探測(cè)器。

中子探測(cè)器用于測(cè)量宇宙線粒子與中子探測(cè)器上層的物質(zhì)發(fā)生相互作用產(chǎn)生的次級(jí)中子，進(jìn)一步區(qū)分宇宙線的成分。

BGO量能器初樣件

BGO量能器初樣件

延伸閱讀：“看得見”與“看不見”的物質(zhì)

一棵樹，一盞燈，一張桌子，一堵圍墻，它們?yōu)槭裁纯梢员晃覀兛匆姡晃覀冇|摸，被我們感知？原因是，它們都帶有電子而能“發(fā)光”，是因?yàn)橛须姶艌龅南嗷プ饔?。這些物質(zhì)，我們可以稱之為“明物質(zhì)”。人類所熟悉的這些“明物質(zhì)”即普通物質(zhì)，只是零星散布在宇宙中的些許點(diǎn)綴，就像夜幕中無邊大海上的一點(diǎn)閃光，宇宙的絕大部分對(duì)人類來說是隱藏和最難了解的。

那些讓科學(xué)家們頭疼的所謂“暗物質(zhì)”，是不帶電荷的，也沒有電磁場的相互作用，所以它們像幽靈一樣，可以穿透阻擋與障礙之物，不著痕跡地從我們身邊飛走。它們?cè)谟钪嬷屑韧o窮又蹤影全無。假如沒有神秘如斯的暗物質(zhì)，星系無法在宇宙膨脹過程中坍縮形成，那么既不會(huì)有太陽，也不會(huì)有地球，更沒有你我。因此，盡管我們周圍存在一種暗物質(zhì)流，每時(shí)每刻都存在一種交互，例如平均1立方厘米的空氣中就可能有成千顆暗物質(zhì)粒子，但并不能為我們所看到或感覺到。正因如此，我們不得已在其前冠一“暗”字，以與我們周圍的普通物質(zhì)相區(qū)別。

根據(jù)廣義相對(duì)論，大質(zhì)量的物體使光線扭曲形成引力透鏡效應(yīng)。天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，星系團(tuán)的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其中發(fā)光物質(zhì)的總和。這或許就是暗物質(zhì)的證明之一。

“悟空”火眼金睛——技高一籌有絕活

“暗物質(zhì)粒子探測(cè)”對(duì)高能粒子的探測(cè)方法與α磁譜儀2號(hào)不同。它雖然不能像α磁譜儀2號(hào)那樣能探測(cè)粒子在磁場中的變化，區(qū)分粒子的電極性，但是測(cè)量的能量譜段是最高的，可以探測(cè)能量極高的粒子。

暗物質(zhì)相互碰撞并湮滅時(shí)會(huì)產(chǎn)生明物質(zhì)，其能量很高?！鞍滴镔|(zhì)粒子探測(cè)”衛(wèi)星探測(cè)的是暗物質(zhì)粒子之間相互碰撞湮滅后所產(chǎn)生的明物質(zhì)高能粒子，這種暗物質(zhì)粒子湮滅的物理機(jī)制在國際上是一種比較認(rèn)可的物理模型。

如果沒有暗物質(zhì)，通常宇宙中高能粒子的分布是逐漸下降的，因此，如果在太空中確定某一個(gè)方向觀測(cè)，從那個(gè)方向過來的高能粒子會(huì)隨著能量譜段的升高越來越少。要想觀測(cè)到高能譜段，就必須發(fā)射天文衛(wèi)星，探測(cè)器要更大，才能看得更加清楚；而且在太空中受到的干擾最小，天文衛(wèi)星飛行2～3年，能夠累積很多數(shù)據(jù)，就能看到能量譜是不是按照通常理解的方式分布的。如果不是，需要解釋為什么會(huì)這樣。假如探測(cè)器什么都沒有看到，至少也可以證明這種關(guān)于暗物質(zhì)的理論不成立。

“暗物質(zhì)粒子探測(cè)”將進(jìn)行巡天觀測(cè)。經(jīng)過1～2年的巡天后，如果對(duì)某一方向的粒子特別感興趣，發(fā)現(xiàn)新的物理現(xiàn)象，會(huì)調(diào)整探測(cè)器，讓它集中觀測(cè)這個(gè)方向。假如存在暗物質(zhì)，可以進(jìn)行連續(xù)的觀測(cè)。

初樣星

載荷結(jié)構(gòu)示意圖

載荷平臺(tái)一體化設(shè)計(jì)分解圖

受限于可以發(fā)射升空的磁鐵的大小，α磁譜儀2號(hào)只能測(cè)量600吉電子伏，“暗物質(zhì)粒子探測(cè)”工作能段為5吉電子伏特～10太電子伏特，并將首次在空間進(jìn)行1～10太電子伏特的高能電子宇宙射線的測(cè)量，所以可以觀測(cè)到以前在很高能量譜段沒有發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象。另外，它有非常高的能量分辨率（優(yōu)于1.5%，超過國際上所有同類探測(cè)器），有望在尋找γ射線線譜信號(hào)方面有所突破。還有，它不僅做到了能量譜段的高覆蓋，而且由于使用的BGO量能器的晶體有60厘米長，所以探測(cè)面積很大，使得其捕獲稀少的高能粒子的能力很強(qiáng)。由于“暗物質(zhì)粒子探測(cè)”可測(cè)量高達(dá)100太電子伏特的核子宇宙線，并且能夠區(qū)分各種宇宙線成分，因此將實(shí)現(xiàn)地面探測(cè)和空間探測(cè)在能譜上的銜接。另外，α磁譜儀2號(hào)成本高達(dá)20億美元，“暗物質(zhì)粒子探測(cè)”則低得多，而且研制周期較短，不到4年。

“暗物質(zhì)粒子探測(cè)”天文衛(wèi)星具有能量分辨率高、測(cè)量能量范圍大和本底抑制能力強(qiáng)三大優(yōu)點(diǎn)，在暗物質(zhì)間接探測(cè)方面具有很強(qiáng)的國際競爭力。例如，在γ射線觀測(cè)方面，其靈敏度遠(yuǎn)高于α磁譜儀2號(hào)等探測(cè)器；其高能量分辨大大高于美國“費(fèi)米”γ射線大面積空間望遠(yuǎn)鏡，整體譜線探測(cè)能力比“費(fèi)米”至少要高10倍以上；在宇宙射線重核探測(cè)方面，超過目前國際上所有實(shí)驗(yàn)。所以，它有望在暗物質(zhì)探測(cè)和宇宙線物理兩大前沿領(lǐng)域取得重大突破，并可望在γ射線天文方面取得重要成果，一旦取得突破，將很可能會(huì)帶來物理學(xué)新的革命。

延伸閱讀：“悟空”由來

為提升公眾對(duì)暗物質(zhì)衛(wèi)星的關(guān)注度，激發(fā)全國民眾和海外同胞對(duì)空間科學(xué)的興趣和熱愛，中國科學(xué)院紫金山天文臺(tái)、國家空間科學(xué)中心和人民網(wǎng)共同主辦了暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星征名活動(dòng)。2015年9月29日上午，暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星公開征名活動(dòng)啟動(dòng)儀式在中國科學(xué)院紫金山天文臺(tái)舉行。從當(dāng)日起至10月31日，全球網(wǎng)友通過網(wǎng)絡(luò)提交了眾多自己對(duì)暗物質(zhì)衛(wèi)星的命名建議，共收到有效名稱方案32517個(gè)。在數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上經(jīng)過專家評(píng)委投票，由中國科學(xué)院批準(zhǔn)，正式命名為“悟空”。在公開征集命名的過程中，排名靠前的候選名還有“天眼”、“盤古”、“暗探”和“光明”，最終 “悟空”脫穎而出，得以冠名。將暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星命名為“悟空”，符合將科學(xué)衛(wèi)星以神話形象命名的做法，如美國的阿波羅、歐洲的尤利西斯、中國的玉兔等。

來自寧波市天文愛好者協(xié)會(huì)的林磊是“悟空”提名者之一，他解釋“既借助孫悟空的‘火眼金睛’形容探測(cè)器識(shí)別暗物質(zhì)，也因‘悟空’與‘嫦娥’、‘天宮’一樣均是明顯的中國符號(hào)”。

暗物質(zhì)衛(wèi)星首席科學(xué)家、紫金山天文臺(tái)副臺(tái)長常進(jìn)說，“悟空”的“火眼金睛”能夠收集高能宇宙線粒子和伽馬射線光子，通過能譜、空間分布分析來尋找暗物質(zhì)粒子存在的證據(jù)，它將替代人類的眼睛，面向浩渺宇宙，尋找宇宙中失蹤物質(zhì)的蹤跡。

暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星公開征名活動(dòng)啟動(dòng)儀式在中國科學(xué)院紫金山天文臺(tái)舉行。

未來，我國還將用裝在空間站上的“高能宇宙輻射探測(cè)設(shè)施”（HERD），重點(diǎn)探測(cè)暗物質(zhì)湮滅的γ射線譜線，它將有可能測(cè)量到暗物質(zhì)湮滅的確鑿無疑的信號(hào)。我國之所以發(fā)射了“暗物質(zhì)粒子探測(cè)”衛(wèi)星，還要搞“高能宇宙輻射探測(cè)設(shè)施”，主要是為了增加搜尋暗物質(zhì)的手段和擴(kuò)大搜尋參數(shù)空間，各實(shí)驗(yàn)互相補(bǔ)充。“暗物質(zhì)粒子探測(cè)”和“高能宇宙輻射探測(cè)設(shè)施”的先后實(shí)施將使得我國在這個(gè)領(lǐng)域保持領(lǐng)先并且做出重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

2016年，我國還將發(fā)射“硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星”、“量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星”、實(shí)踐十號(hào)返回式科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，并已制定了2016～2030年中國空間科學(xué)發(fā)展規(guī)劃建議，包括“黑洞探針”計(jì)劃、“天體號(hào)脈”計(jì)劃、“天體肖像”計(jì)劃、“天體光譜”計(jì)劃、“系外行星探測(cè)”計(jì)劃、“太陽顯微”計(jì)劃、“太陽全景”計(jì)劃、“鏈鎖”計(jì)劃、“微星”計(jì)劃、“探天”計(jì)劃、“火星探測(cè)”計(jì)劃、“小行星探測(cè)”計(jì)劃、“木星系統(tǒng)探測(cè)”計(jì)劃、“水循環(huán)探測(cè)”計(jì)劃、“能量循環(huán)探測(cè)”計(jì)劃、“生物化學(xué)循環(huán)探測(cè)”計(jì)劃、“輕盈”計(jì)劃等一系列計(jì)劃。我國空間科學(xué)發(fā)展的前景十分廣闊。

（責(zé)任編輯 張恩紅）