中国第一颗暗物质粒子探测卫星悟空号“取经”之旅

中国科学家在暗物质研究上逐渐走到了舞台中央

悟空号“取经”记

悟空号卫星工作530天得到的高精度宇宙射线电子能谱(红色数据点)，以及和美国费米卫星测量结果(蓝点)、丁肇中先生领导的阿尔法磁谱仪的测量结果(绿点)的比较。

著名科幻作家艾萨克·阿西莫夫曾经说过：在科学探索中，听到最激动人心的话，不是“尤里卡，我找到了”，而是“嗯……这挺奇怪!”恰是在最重要的新发现之前所出现的那一句。

眼下悟空号的“取经”之旅，似乎就是这样。

截至目前，包括科学家在内的人类，尚未搞清楚悟空号带回的首批成果究竟代表着什么，我们唯一知道的是：这些结果是“出乎意料之外的”，是“人类此前从未看到过的”。而在自然科研中国区科学总监印格致看来，就意味着“它们有潜力改变我们看待宇宙的方式!”

两年前，同样是在一个冬天，作为我国第一颗暗物质粒子探测卫星，悟空号成功飞天，踏上了 “取经”之路。如今科学家发布的，正是它在太空遨游530天的结果，按照3年的设计寿命，悟空号的太空之旅已经过半。留给悟空号的时间不多了，人类的脚步可能需要更快些。

悟空号卫星示意图。中科院供图

530天：中国科学家逐渐走到舞台中央

多年前，当天文学家发现“恒星围绕银河系中心旋转的速度太快”时，不得不设想——在银河系中除了可见物质，可能还有其他看不见的物质，它们合在一起的引力拉着这些恒星，使其不至于由于速度过高而飞离银河系。

人类为此所做的计算表明，这些“看不见的物质”总量远远超过“看得见的物质”。于是，前者就被暂时称为暗物质。

用空间科学卫星工程常务副总指挥、中科院国家空间科学中心主任吴季的话说，暗物质之所以被称为“暗”，是因为人类对它——这个比我们肉眼能够看见的物质还要多4倍的神秘物质知之甚少，目前还只能通过引力作用进行推算。

揭开暗物质之谜，因此被认为是继日心说、万有引力定律、相对论及量子力学之后，基础科学领域的又一次重大飞跃——其重要性以及难度之大可见一斑。

目前，人类“捕捉”暗物质主要有3种方法，可以形象地称之为“上天、入地、对撞机”。这其中“上天”是间接探测方法，即“捕捉”暗物质互相湮灭时产生的痕迹。

暗物质卫星首席科学家、中科院紫金山天文台副台长常进说，尽管暗物质不会发光、也不与光作用，普通光学观测也无法发现，不过当一对暗物质粒子偶然正碰的时候，会同时湮灭，可能会放出质子、电子及它们的反粒子、中微子和伽马射线。

换言之，如果能够精确测量到这些粒子的能谱，就可能发现暗物质存在的蛛丝马迹。

目前，“上天”的暗物质猎手中有3个较为知名，一个是安装在国际空间站上的阿尔法磁谱仪2号，一个是美国宇航局的费米太空望远镜，一个就是中国的悟空号，而相比之下，悟空号是迄今为止观测能段范围最宽、能量分辨率最优的暗物质粒子探测卫星，超过国际上所有同类探测器。

如今，发布的数据结果也再次证实这一点：悟空号实现了国际上最精确和最高效的探测，与之相应的是，悟空号为人类观测宇宙打开了一扇新的窗户，并为人类判断暗物质是否存在提供了“关键性数据”。

11月27日，这批成果在中国科学院发布时，成功吸引了10多家外国媒体登门采访——这在该院学术成果发布历史上还是头一回，在整个中国学术界也十分罕见。

当天，在众多媒体和闪光灯的包围下，中国科学院院长白春礼院士也没有掩饰自己在这种时刻该有的兴奋、激动，他说：“今天是一个非常重要的日子，也许在人类科学发展的历史上，大家会记住今天。”

“因为中国科学家已经从自然科学前沿重大发现和理论的学习者、继承者、围观者，逐渐走到了舞台中央。中国科学院、中国科学家长期以来在基础科学前沿的投入和付出终于有了突破。”白春礼说。

当然，悟空号用其前半生所带来的突破，可能还需要人类再“消化”一阵子——28亿高能宇宙射线，150万25GeV能量以上的电子宇宙射线，国际上精度最高的电子能谱，以及人类第一次直接“看到”电子宇宙射线能谱在1 TeV处的“拐折”，等等——国际天文学界、物理学界已经“炸开了锅”，夜以继日地计算、分析。