“暗物(wu)質粒子探(tan)測衛星”計(ji)劃屬于(yu)中(zhong)國(guo)科(ke)學(xue)(xue)院(yuan)(yuan)“空間科(ke)學(xue)(xue)戰略性先導(dao)科(ke)技專項”，由(you)中(zhong)國(guo)科(ke)學(xue)(xue)院(yuan)(yuan)紫金山天文臺暗物(wu)質與(yu)空間天文研究(jiu)部、中(zhong)國(guo)科(ke)學(xue)(xue)技術大(da)學(xue)(xue)、中(zhong)國(guo)科(ke)學(xue)(xue)院(yuan)(yuan)近代物(wu)理研究(jiu)所和中(zhong)國(guo)科(ke)學(xue)(xue)院(yuan)(yuan)高能(neng)物(wu)理研究(jiu)所等合作研發。
“悟空”是(shi)世界上(shang)觀測能(neng)(neng)(neng)段范圍(wei)最寬、能(neng)(neng)(neng)量分(fen)(fen)辨率最優的暗(an)物質粒子探(tan)測衛星(xing)，超(chao)過國際上(shang)所(suo)有同類探(tan)測器。它將在太空中開展高能(neng)(neng)(neng)電(dian)子及高能(neng)(neng)(neng)伽馬射線探(tan)測任務(wu)，探(tan)尋暗(an)物質存在的證據(ju)，研究(jiu)暗(an)物質特(te)性與空間分(fen)(fen)布規律。
主要目的：去太空尋找(zhao)暗物(wu)(wu)質存在(zai)證據(ju)，尋找(zhao)暗物(wu)(wu)質粒子(zi)，探(tan)尋宇宙射線(xian)起源并觀(guan)測高(gao)能伽馬射線(xian)，有望在(zai)物(wu)(wu)理學(xue)與天(tian)文學(xue)前沿帶來新的重大突破。
主(zhu)要本領(ling)：探測電子(zi)，光子(zi)和(he)(he)宇(yu)宙射線(xian)（質子(zi)和(he)(he)重離子(zi)）。
主(zhu)要(yao)構成(cheng)：一(yi)個(ge)塑料閃爍探測器(qi)（PSD）、硅微(wei)條（STK）、鎢板、電磁量(liang)能器(qi)（BGO）和中子探測器(qi)。
PSD用作反(fan)符(fu)合，由(you)兩(liang)層(ceng)(ceng)(ceng)塑(su)料閃爍(shuo)體條(tiao)(tiao)(tiao)組成；STK由(you)6個(ge)徑跡雙層(ceng)(ceng)(ceng)，每個(ge)由(you)正(zheng)交擺(bai)放的(de)(de)兩(liang)個(ge)單面硅條(tiao)(tiao)(tiao)組成；有三(san)層(ceng)(ceng)(ceng)厚度均為1mm的(de)(de)鎢(wu)板，插(cha)在硅微(wei)條(tiao)(tiao)(tiao)的(de)(de)第2、3、4層(ceng)(ceng)(ceng)前面，用作光子轉換；BGO有14層(ceng)(ceng)(ceng)，每層(ceng)(ceng)(ceng)22根，相鄰兩(liang)層(ceng)(ceng)(ceng)正(zheng)交排列，用來測量射線(xian)的(de)(de)能(neng)量；中(zhong)子探測器(qi)加在量能(neng)器(qi)的(de)(de)底部。BGO量能(neng)器(qi)和STK總共大約(yue)33個(ge)輻射長度，是空間里最深的(de)(de)量能(neng)器(qi)。
各自作用：
塑料閃爍(shuo)體探測(ce)器：區分電荷。電子(zi)和光子(zi)打進(jin)來，是不同的。
Si陣(zhen)列探測(ce)器：測(ce)量宇宙線的(de)方向(xiang)和電(dian)荷(he)。
BGO量(liang)(liang)能器：最為(wei)重要，測量(liang)(liang)宇宙線(xian)的(de)能量(liang)(liang)。
中(zhong)(zhong)子(zi)(zi)探測器(qi)：區分質子(zi)(zi)和電子(zi)(zi)。質子(zi)(zi)打進來的(de)(de)話(hua)，在底(di)端會(hui)產生(sheng)很(hen)多中(zhong)(zhong)子(zi)(zi)，而高能(neng)宇宙線的(de)(de)電子(zi)(zi)打進來，產生(sheng)的(de)(de)中(zhong)(zhong)子(zi)(zi)很(hen)少。同(tong)時，不同(tong)能(neng)量產生(sheng)的(de)(de)簇(cu)射的(de)(de)大小也不同(tong)。
DAMPE可以以前(qian)所未有的(de)靈敏(min)度和(he)能量范圍探(tan)測電子，光(guang)(guang)子和(he)宇(yu)宙射線（質(zhi)子和(he)重離子）。對于(yu)(yu)電子和(he)光(guang)(guang)子，探(tan)測范圍是(shi)5GeV-10TeV，在800GeV的(de)能量分辨(bian)率(lv)(lv)為(wei)1%。對于(yu)(yu)宇(yu)宙射線，探(tan)測范圍為(wei)100GeV-100TeV能區，在800GeV的(de)能量分辨(bian)率(lv)(lv)優于(yu)(yu)40%。對于(yu)(yu)電子和(he)光(guang)(guang)子，幾何(he)因子是(shi)約0.3 mSR，對于(yu)(yu)宇(yu)宙射線大約0.2 mSR。100 GeV的(de)角分辨(bian)率(lv)(lv)為(wei)0.1°。
一是(shi)暗物質間接探(tan)測，也是(shi)最主要的(de)；二是(shi)尋(xun)找宇(yu)宙射線(xian)的(de)起源；三是(shi)伽馬射線(xian)天體物理。
高(gao)能(neng)宇宙射線指的是(shi)來自宇宙中具有相當大能(neng)量(liang)的帶電(dian)(dian)(dian)粒子(zi)流，1912年由德國(guo)科(ke)學家(jia)韋克多·漢斯(si)發現。他(ta)制(zhi)作了一個電(dian)(dian)(dian)離(li)(li)室，用于測(ce)(ce)量(liang)空氣中的電(dian)(dian)(dian)離(li)(li)度（空氣中的帶電(dian)(dian)(dian)粒子(zi)數量(liang)）。同(tong)時期(qi)也有其他(ta)的科(ke)學家(jia)制(zhi)作電(dian)(dian)(dian)離(li)(li)室，漢斯(si)的創新之處在于，他(ta)將電(dian)(dian)(dian)離(li)(li)室放(fang)在熱氣球上，這(zhe)樣(yang)在放(fang)飛前，能(neng)測(ce)(ce)量(liang)出地面(mian)的電(dian)(dian)(dian)離(li)(li)度，放(fang)飛后，能(neng)測(ce)(ce)量(liang)出不同(tong)海(hai)拔(ba)高(gao)度的電(dian)(dian)(dian)離(li)(li)度。而漢斯(si)的測(ce)(ce)量(liang)結果(guo)顯示(shi)：海(hai)拔(ba)越高(gao)，電(dian)(dian)(dian)離(li)(li)度越大。
這說(shuo)明帶(dai)電粒(li)(li)子(zi)并(bing)不是地球產生的，否則不會越遠離地面，電離度越高。也就是說(shuo)，宇宙空間會產生帶(dai)電粒(li)(li)子(zi)，再打到地球上。
宇(yu)(yu)宙(zhou)(zhou)(zhou)線產生后，在銀河(he)系(xi)傳(chuan)播的過程中，有(you)(you)一(yi)定(ding)的幾率逃脫銀河(he)系(xi)，跑到宇(yu)(yu)宙(zhou)(zhou)(zhou)空間去，這樣宇(yu)(yu)宙(zhou)(zhou)(zhou)線的能量就會(hui)越來(lai)越低。但實際上(shang)宇(yu)(yu)宙(zhou)(zhou)(zhou)線的能量是(shi)比較穩定(ding)的。這是(shi)因為(wei)宇(yu)(yu)宙(zhou)(zhou)(zhou)線有(you)(you)源頭，宇(yu)(yu)宙(zhou)(zhou)(zhou)線的源頭一(yi)般認為(wei)是(shi)超(chao)(chao)新(xin)星的爆發。當超(chao)(chao)新(xin)星爆炸的時候，會(hui)將自身的高(gao)能量粒子，例(li)如(ru)氫核、氦核，以非常(chang)高(gao)的速(su)度拋(pao)射到星系(xi)空間中。
測(ce)(ce)量高能宇宙(zhou)射線(xian)(xian)有可能發現暗(an)物(wu)(wu)質，這(zhe)是因為宇宙(zhou)線(xian)(xian)的(de)(de)(de)源頭一(yi)(yi)般認為是超新(xin)星(xing)爆發，而(er)如果暗(an)物(wu)(wu)質存在的(de)(de)(de)話(hua)，暗(an)物(wu)(wu)質湮滅(mie)的(de)(de)(de)時候(hou)產生的(de)(de)(de)宇宙(zhou)線(xian)(xian)，就(jiu)成(cheng)為了(le)宇宙(zhou)線(xian)(xian)的(de)(de)(de)額外來源，這(zhe)時候(hou)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)測(ce)(ce)到的(de)(de)(de)宇宙(zhou)線(xian)(xian)會不同于標準模(mo)型，多出來的(de)(de)(de)一(yi)(yi)部(bu)分可能來源于暗(an)物(wu)(wu)質湮滅(mie)或者衰變，對這(zhe)多出的(de)(de)(de)一(yi)(yi)部(bu)分進(jin)行探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)測(ce)(ce)，就(jiu)是暗(an)物(wu)(wu)質的(de)(de)(de)間(jian)接(jie)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)測(ce)(ce)。由諾貝爾物(wu)(wu)理學獎獲得者丁肇中主持的(de)(de)(de)AMS項目中的(de)(de)(de)暗(an)物(wu)(wu)質粒子探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)測(ce)(ce)衛(wei)星(xing)AMS-2，就(jiu)是應用(yong)的(de)(de)(de)這(zhe)一(yi)(yi)原理。我國(guo)的(de)(de)(de)暗(an)物(wu)(wu)質粒子探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)測(ce)(ce)衛(wei)星(xing)也是一(yi)(yi)個宇宙(zhou)線(xian)(xian)探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)測(ce)(ce)器，就(jiu)是應用(yong)這(zhe)類(lei)機制(zhi)來探(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)測(ce)(ce)暗(an)物(wu)(wu)質。
空(kong)間(jian)探(tan)(tan)測(ce)宇(yu)宙(zhou)線(xian)主要測(ce)量(liang)(liang)宇(yu)宙(zhou)線(xian)粒子的(de)(de)(de)電荷(he)(he)、能(neng)量(liang)(liang)和(he)入射方向，其中測(ce)量(liang)(liang)電荷(he)(he)包括電荷(he)(he)的(de)(de)(de)大(da)小與正負(fu)。電荷(he)(he)正負(fu)的(de)(de)(de)測(ce)量(liang)(liang)是最困難(nan)的(de)(de)(de)，必須借助(zhu)于磁場才(cai)能(neng)實現。磁譜(pu)儀(yi)可以測(ce)量(liang)(liang)宇(yu)宙(zhou)線(xian)在其磁場中的(de)(de)(de)偏轉，進而判定入射宇(yu)宙(zhou)線(xian)的(de)(de)(de)電荷(he)(he)。磁譜(pu)儀(yi)造價(jia)昂貴，現在仍在空(kong)間(jian)運行的(de)(de)(de)探(tan)(tan)測(ce)器只(zhi)有AMS-02。Fermi-LAT、CALET和(he)DAMPE這3個探(tan)(tan)測(ce)器都利(li)用量(liang)(liang)能(neng)器來測(ce)量(liang)(liang)宇(yu)宙(zhou)線(xian)的(de)(de)(de)能(neng)量(liang)(liang)，而不測(ce)量(liang)(liang)電荷(he)(he)的(de)(de)(de)正負(fu)。
DAMPE即“悟空(kong)(kong)”是(shi)中(zhong)國第1個空(kong)(kong)間高(gao)(gao)能(neng)(neng)(neng)(neng)粒子探(tan)測(ce)器，經(jing)過(guo)全(quan)球征名活動，最(zui)(zui)終命名為“悟空(kong)(kong)”，寓意(yi)用《西游記》中(zhong)火眼金睛的(de)(de)“悟空(kong)(kong)”尋找難以(yi)察覺的(de)(de)暗物(wu)質存在(zai)的(de)(de)證據。“悟空(kong)(kong)”已于2015年12月(yue)17日發(fa)射(she)升空(kong)(kong)，是(shi)世界上(shang)迄今為止(zhi)觀測(ce)能(neng)(neng)(neng)(neng)段范圍最(zui)(zui)寬、能(neng)(neng)(neng)(neng)量(liang)(liang)分辨率(lv)(lv)最(zui)(zui)優(you)的(de)(de)空(kong)(kong)間探(tan)測(ce)器，其(qi)觀測(ce)能(neng)(neng)(neng)(neng)段是(shi)國際(ji)空(kong)(kong)間站(zhan)阿爾法(fa)磁譜儀的(de)(de)10倍，能(neng)(neng)(neng)(neng)量(liang)(liang)分辨比國際(ji)同(tong)類探(tan)測(ce)器高(gao)(gao)3倍以(yi)上(shang)。在(zai)軌運行狀態穩定，數據源源不斷地獲取了(le)大(da)(da)量(liang)(liang)數據。DAMPE是(shi)以(yi)中(zhong)國為主，瑞士和意(yi)大(da)(da)利參與(yu)共同(tong)研發(fa)完(wan)成的(de)(de)。DAMPE主要探(tan)測(ce)電子宇宙射(she)線(xian)(xian)(xian)、高(gao)(gao)能(neng)(neng)(neng)(neng)伽瑪(ma)射(she)線(xian)(xian)(xian)和高(gao)(gao)達PeV的(de)(de)核素宇宙射(she)線(xian)(xian)(xian)。它具有能(neng)(neng)(neng)(neng)量(liang)(liang)分辨率(lv)(lv)高(gao)(gao)，測(ce)量(liang)(liang)能(neng)(neng)(neng)(neng)量(liang)(liang)范圍大(da)(da)和本(ben)底抑制(zhi)能(neng)(neng)(neng)(neng)力強(qiang)三大(da)(da)優(you)點。
DAMPE的性能(neng)優勢和它的結(jie)構設(she)計緊(jin)密相(xiang)關。暗(an)物(wu)質粒(li)子探測(ce)衛星的探測(ce)器(qi)(qi)由4部分組成，分別(bie)是：塑閃陣列(lie)探測(ce)器(qi)(qi)、硅(gui)陣列(lie)探測(ce)器(qi)(qi)、BGO量能(neng)器(qi)(qi)以(yi)及中子探測(ce)器(qi)(qi)。
塑閃(shan)陣列探測(ce)器的主要功能是測(ce)量入(ru)射宇宙線(xian)的電荷以區分(fen)不同(tong)核素，也有可(ke)區分(fen)高能電子(zi)和伽(jia)瑪射線(xian)。高能帶電粒子(zi)在穿過塑料閃(shan)爍體時，通過電離和發射輻射（光子(zi)）的方式損失能量。沉積的能量轉化(hua)為(wei)熒(ying)光，被兩端的光電倍(bei)增(zeng)管轉化(hua)為(wei)電信號(hao)，經倍(bei)增(zeng)電極放大后讀出。塑閃(shan)陣列探測(ce)器主要由(you)蘭州近代物(wu)理研(yan)究所負(fu)責研(yan)制。
硅(gui)陣(zhen)列(lie)探測器的主要功能是(shi)(shi)測量(liang)入射(she)宇宙線(xian)粒(li)(li)子的方向和電(dian)荷。硅(gui)陣(zhen)列(lie)探測器由6大層(ceng)硅(gui)微(wei)條(tiao)探測器上下(xia)層(ceng)疊(die)排布(bu)而成。同時在第(di)(di)1/2、2/3和3/4層(ceng)之(zhi)間各(ge)有一(yi)塊(kuai)鎢板(ban)。高(gao)能光子在穿過鎢板(ban)時以較高(gao)的概率轉化為正負(fu)電(dian)子對。所以光子和電(dian)子在量(liang)能器中的信(xin)號是(shi)(shi)一(yi)致的。如果在第(di)(di)一(yi)層(ceng)沒有記錄到帶電(dian)粒(li)(li)子的信(xin)號，但在下(xia)面幾(ji)層(ceng)記錄到信(xin)號，則入射(she)粒(li)(li)子為伽瑪射(she)線(xian)。硅(gui)陣(zhen)列(lie)探測器是(shi)(shi)由中國科學院高(gao)能物理研究(jiu)所、日(ri)內瓦(wa)大學、佩魯賈大學等單位共同研制的。
BGO量(liang)(liang)能(neng)器是(shi)(shi)(shi)探(tan)測器最核心的(de)(de)組成部分(fen)，其(qi)功(gong)能(neng)是(shi)(shi)(shi)測量(liang)(liang)宇(yu)宙(zhou)線粒(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)(de)能(neng)量(liang)(liang)，并可區(qu)分(fen)宇(yu)宙(zhou)線中電(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)與(yu)質(zhi)(zhi)子(zi)(zi)(zi)(zi)。BGO晶(jing)體(ti)是(shi)(shi)(shi)一種(zhong)(zhong)無色(se)透明(ming)的(de)(de)沒有激活劑的(de)(de)純無機閃爍體(ti)，是(shi)(shi)(shi)核物理實驗中常用的(de)(de)一種(zhong)(zhong)閃爍體(ti)材料。暗(an)物質(zhi)(zhi)粒(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)探(tan)測衛(wei)星所使用的(de)(de)BGO晶(jing)體(ti)是(shi)(shi)(shi)由上(shang)海(hai)硅酸鹽研究所專門設計開發的(de)(de)。BGO量(liang)(liang)能(neng)器的(de)(de)數據讀出系統有高(gao)達8萬(wan)路的(de)(de)電(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)學(xue)信(xin)號(hao)通道（也就是(shi)(shi)(shi)整個探(tan)測器有8萬(wan)路電(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)信(xin)號(hao)輸出；而且這(zhe)8萬(wan)條電(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)學(xue)信(xin)號(hao)通道要在1立方米(mi)這(zhe)樣(yang)小的(de)(de)范圍(wei)內(nei)布局完(wan)成，難度很大）。
中子(zi)(zi)(zi)探測(ce)器(qi)測(ce)量的(de)(de)是宇宙線粒子(zi)(zi)(zi)在(zai)探測(ce)器(qi)上(shang)面(mian)3層中產生(sheng)的(de)(de)次級(ji)中子(zi)(zi)(zi)。高能電子(zi)(zi)(zi)主要是電磁簇射(she)，產生(sheng)的(de)(de)中子(zi)(zi)(zi)數(shu)目很少，但是質子(zi)(zi)(zi)和其他(ta)核素(su)還會發生(sheng)強子(zi)(zi)(zi)簇射(she)，從(cong)而(er)產生(sheng)大(da)量的(de)(de)高能中子(zi)(zi)(zi)。根據這(zhe)種效應，可以進一(yi)步區分宇宙線的(de)(de)電子(zi)(zi)(zi)和質子(zi)(zi)(zi)。中子(zi)(zi)(zi)探測(ce)器(qi)主要由中國科學院紫金(jin)山天文(wen)臺負責研制。
與(yu)國際上其(qi)它暗物質(zhi)探測衛星相比，有三個顯(xian)著優勢(shi)。
一是能(neng)(neng)夠測(ce)量(liang)的宇宙線的能(neng)(neng)量(liang)非常(chang)高，可以(yi)測(ce)量(liang)到(dao)104個GeV；二(er)是能(neng)(neng)量(liang)分(fen)辨率高，可以(yi)達到(dao)1%左(zuo)右，測(ce)得比較(jiao)(jiao)準；三是測(ce)量(liang)能(neng)(neng)量(liang)的本底(di)比較(jiao)(jiao)低，也就(jiu)是區(qu)分(fen)電子(zi)(zi)和質子(zi)(zi)的能(neng)(neng)力非常(chang)強。
暗(an)(an)物質(zhi)粒子探(tan)測衛(wei)星是中國第1顆空間(jian)天(tian)文衛(wei)星，它在(zai)暗(an)(an)物質(zhi)間(jian)接探(tan)測方面具有較強的國際競爭力，大(da)大(da)提(ti)升(sheng)了(le)我(wo)國暗(an)(an)物質(zhi)探(tan)測水(shui)平(ping)。DAMPE的主要科學目(mu)標有3個：暗(an)(an)物質(zhi)間(jian)接探(tan)測、宇宙線物理和伽(jia)馬射(she)線天(tian)文。DAMPE已于(yu)2015年2月(yue)17日發射(she)升(sheng)空。在(zai)軌(gui)運行狀(zhuang)態穩(wen)定，已獲取了(le)大(da)量數(shu)據(ju)。
DAMPE可以準(zhun)確(que)測(ce)量宇宙(zhou)線(xian)正(zheng)負電子的(de)(de)能譜，有(you)望完整測(ce)量“超(chao)(chao)出(chu)”的(de)(de)截斷(duan)行(xing)(xing)為。宇宙(zhou)線(xian)正(zheng)負電子“超(chao)(chao)出(chu)”的(de)(de)起源有(you)暗物質和天體(ti)物理過程兩(liang)類模(mo)型(xing)(xing)，所預言的(de)(de)“超(chao)(chao)出(chu)”的(de)(de)截斷(duan)行(xing)(xing)為有(you)顯著(zhu)差異。現有(you)的(de)(de)數(shu)據因為只覆(fu)蓋了相對較低(di)的(de)(de)能段(duan)部(bu)分(fen)，還(huan)無法進行(xing)(xing)有(you)效區(qu)分(fen)這兩(liang)類模(mo)型(xing)(xing)。DAMPE有(you)望準(zhun)確(que)測(ce)量“超(chao)(chao)出(chu)”截斷(duan)處(chu)的(de)(de)能譜，區(qu)分(fen)起源模(mo)型(xing)(xing)。此外(wai)，DAMPE還(huan)將(jiang)首(shou)次在空間(jian)得(de)到(dao)1~10 TeV的(de)(de)電子宇宙(zhou)射(she)線(xian)的(de)(de)能譜、發現或限制(zhi)鄰近(jin)的(de)(de)高(gao)能電子射(she)線(xian)源。
DAMPE由于優(you)秀的(de)(de)能(neng)(neng)(neng)量(liang)分辨率，在(zai)伽(jia)馬射線(xian)(xian)線(xian)(xian)譜的(de)(de)搜尋(xun)上有望取得突破。因(yin)(yin)為對于線(xian)(xian)譜結(jie)(jie)構(gou)，能(neng)(neng)(neng)量(liang)分辨率差的(de)(de)話信號容易淹沒在(zai)背景噪聲之中(zhong)。在(zai)高能(neng)(neng)(neng)量(liang)分辨率的(de)(de)數(shu)據中(zhong)卻(que)會(hui)表現為非常(chang)“尖”的(de)(de)結(jie)(jie)構(gou)。因(yin)(yin)此(ci)能(neng)(neng)(neng)量(liang)分辨率越高，就(jiu)越有可能(neng)(neng)(neng)在(zai)數(shu)據中(zhong)找到線(xian)(xian)譜結(jie)(jie)構(gou)。
DAMPE能夠測量(liang)高達100 TeV的(de)(de)核子宇(yu)(yu)宙(zhou)(zhou)線。地面宇(yu)(yu)宙(zhou)(zhou)線實(shi)驗測量(liang)能段偏高，且難以(yi)準確區分宇(yu)(yu)宙(zhou)(zhou)線的(de)(de)各種(zhong)組分。DAMPE可(ke)以(yi)實(shi)現地面探測和空間探測在能譜上的(de)(de)銜接，并(bing)且能夠區分宇(yu)(yu)宙(zhou)(zhou)線組分。
天(tian)文觀測表(biao)明(ming)，宇(yu)宙(zhou)中最重(zhong)要的成分是暗物(wu)(wu)質(zhi)和暗能(neng)量，暗物(wu)(wu)質(zhi)占宇(yu)宙(zhou)25%，暗能(neng)量占70%，通(tong)常所觀測到的普通(tong)物(wu)(wu)質(zhi)只(zhi)占宇(yu)宙(zhou)質(zhi)量5%。此前，常進與外國(guo)同行合作發現一些不明(ming)來歷(li)的高能(neng)電子可能(neng)是暗物(wu)(wu)質(zhi)粒子湮滅的證據。
為了(le)進(jin)一步追尋暗物(wu)質(zhi)(zhi)的蹤跡，常進(jin)的科(ke)研團隊提出(chu)了(le)研制(zhi)“暗物(wu)質(zhi)(zhi)粒子探(tan)測(ce)衛(wei)星”計劃，得(de)到了(le)科(ke)技部和中科(ke)院的支持。常進(jin)介紹(shao)，在茫茫宇(yu)宙中尋找(zhao)暗物(wu)質(zhi)(zhi)并非易事，傳(chuan)統方法(fa)是采用大型探(tan)測(ce)器(qi)。如諾貝爾獎獲得(de)者(zhe)丁肇(zhao)中教授(shou)研制(zhi)的阿爾法(fa)磁譜(pu)儀(yi)2號，探(tan)測(ce)器(qi)重達7噸(dun)。而我國正在研制(zhi)的“暗物(wu)質(zhi)(zhi)粒子探(tan)測(ce)衛(wei)星”，耗資少，重量輕，希望能(neng)在暗物(wu)質(zhi)(zhi)探(tan)測(ce)領域取得(de)突破。
占宇宙95%以(yi)上的暗(an)(an)物質(zhi)和暗(an)(an)能量由萬有(you)引力(li)定(ding)律證實存在，卻從未被直(zhi)接觀測到。暗(an)(an)物質(zhi)粒子的探測是(shi)國際(ji)科(ke)學前沿競(jing)爭最為激(ji)烈的研究(jiu)領域。包括我國在內(nei)的世界各國正在籌建(jian)或(huo)實施多個(ge)暗(an)(an)物質(zhi)探測實驗項目，其(qi)研究(jiu)成果可能帶(dai)來基礎(chu)科(ke)學領域的重(zhong)大突破。
據介紹，“悟空”由四個有(you)(you)效(xiao)載(zai)荷(he)組成，分別(bie)是(shi)塑閃列陣探(tan)測(ce)器(qi)、硅列陣探(tan)測(ce)器(qi)、BGO能量器(qi)和(he)中子探(tan)測(ce)器(qi)。所(suo)有(you)(you)探(tan)測(ce)器(qi)及電子設(she)備安(an)裝在1個立方(fang)米(mi)的(de)空間內，技術難度超過了我國所(suo)有(you)(you)的(de)上天(tian)高能探(tan)測(ce)設(she)備。
此次發射的暗物質衛星(xing)全部(bu)由中科院研制、生產(chan)。工程2011年(nian)立項，造價1億美元，遠(yuan)低于國外(wai)同類探測(ce)器(qi)。衛星(xing)將在軌運行3年(nian)以上，首(shou)批科學(xue)成果(guo)有(you)望在6個月至(zhi)1年(nian)后發布。
用于發射的長征二號(hao)丁(ding)運載(zai)火箭(jian)由中(zhong)國航天科技集團公司所屬上海航天技術研(yan)(yan)究院抓總研(yan)(yan)制，這是長征系列運載(zai)火箭(jian)的第(di)221次(ci)飛行。
中科(ke)院國(guo)家空(kong)間科(ke)學中心主任吳季表示，暗物質粒子探(tan)測衛星的(de)成功發(fa)射和在軌運(yun)行將有望(wang)推動我(wo)國(guo)科(ke)學家在暗物質探(tan)測領域取得(de)重大突破，對(dui)促進(jin)我(wo)國(guo)空(kong)間科(ke)學領域的(de)創新(xin)發(fa)展(zhan)具(ju)有重大意義。
除暗物質(zhi)衛(wei)星外，我(wo)國科(ke)學衛(wei)星系列還將陸續發射量子科(ke)學實驗衛(wei)星、實踐十號返回式科(ke)學試驗衛(wei)星、硬X射線調制望遠鏡衛(wei)星。
暗(an)(an)物質(zhi)(zhi)有多火？就連熱門美劇《生(sheng)活大爆炸》里的主(zhu)角“謝(xie)耳朵”都轉行研究暗(an)(an)物質(zhi)(zhi)了(le)。
暗物(wu)質(zhi)(zhi)是(shi)怎么被發(fa)現(xian)的(de)？20世紀(ji)30年代初，美國加州(zhou)理(li)工學院(yuan)的(de)天體物(wu)理(li)學家茲威基(ji)第一(yi)個(ge)發(fa)現(xian)，宇(yu)宙中可(ke)(ke)見(jian)物(wu)質(zhi)(zhi)遠(yuan)(yuan)遠(yuan)(yuan)不(bu)足(zu)以(yi)把宇(yu)宙連成(cheng)一(yi)片，如果(guo)不(bu)是(shi)存在一(yi)種神秘(mi)而不(bu)可(ke)(ke)見(jian)的(de)物(wu)質(zhi)(zhi)，星系早就分崩離析。
科(ke)學(xue)家(jia)把這種看不見的神秘物(wu)(wu)質稱為“暗物(wu)(wu)質”。到(dao)(dao)了20世紀70年代，多(duo)種天文觀(guan)測(ce)，比(bi)如(ru)盤星系的旋轉曲線(xian)、星系團X射線(xian)觀(guan)測(ce)、引力透鏡等都顯示了暗物(wu)(wu)質的存(cun)在。但直到(dao)(dao)現在還沒(mei)有確定的暗物(wu)(wu)質信號被(bei)探測(ce)到(dao)(dao)。
暗物(wu)質(zhi)(zhi)(zhi)這(zhe)一概念(nian)是瑞士天文(wen)學家Fritz Zwick提(ti)出(chu)的(de)(de)(de)(de)。他在研究Coma星系(xi)(xi)團(tuan)(tuan)的(de)(de)(de)(de)時候(hou)發(fa)現根據維里定理計算出(chu)的(de)(de)(de)(de)星系(xi)(xi)團(tuan)(tuan)的(de)(de)(de)(de)總質(zhi)(zhi)(zhi)量(liang)要遠大(da)于(yu)根據發(fa)光(guang)度(du)計算出(chu)來(lai)的(de)(de)(de)(de)星系(xi)(xi)團(tuan)(tuan)質(zhi)(zhi)(zhi)量(liang)，他推測(ce)星系(xi)(xi)團(tuan)(tuan)中存在著(zhu)大(da)量(liang)不發(fa)光(guang)的(de)(de)(de)(de)物(wu)質(zhi)(zhi)(zhi)，并稱(cheng)之為暗物(wu)質(zhi)(zhi)(zhi)。20世紀70年代，美國(guo)天文(wen)學家Vera Rubin等測(ce)量(liang)發(fa)現星系(xi)(xi)的(de)(de)(de)(de)旋轉(zhuan)曲線(xian)（也就是星系(xi)(xi)中的(de)(de)(de)(de)物(wu)質(zhi)(zhi)(zhi)繞中心旋轉(zhuan)的(de)(de)(de)(de)速度(du)與(yu)到中心距離的(de)(de)(de)(de)關系(xi)(xi)）發(fa)現大(da)半(ban)徑處的(de)(de)(de)(de)旋轉(zhuan)速度(du)遠大(da)于(yu)發(fa)光(guang)物(wu)質(zhi)(zhi)(zhi)給出(chu)的(de)(de)(de)(de)理論(lun)預期。如果(guo)引力理論(lun)正確的(de)(de)(de)(de)話，就需要引入看不見(jian)的(de)(de)(de)(de)物(wu)質(zhi)(zhi)(zhi)來(lai)提(ti)供更大(da)的(de)(de)(de)(de)引力以束(shu)縛住速度(du)如此大(da)的(de)(de)(de)(de)物(wu)質(zhi)(zhi)(zhi)。
盡管暗(an)物(wu)質(zhi)粒子(zi)(zi)的(de)(de)(de)確切物(wu)理性質(zhi)仍有(you)(you)待進一步研(yan)究，一般認(ren)為暗(an)物(wu)質(zhi)粒子(zi)(zi)具有(you)(you)如下性質(zhi)：電中性、大質(zhi)量(liang)（比質(zhi)子(zi)(zi)重許多(duo)）、長(chang)(chang)壽命（顯(xian)著長(chang)(chang)于宇宙的(de)(de)(de)壽命137億年）、具有(you)(you)正常引力相互作(zuo)(zuo)用(yong)。暗(an)物(wu)質(zhi)粒子(zi)(zi)沒有(you)(you)電磁相互作(zuo)(zuo)用(yong)和強相互作(zuo)(zuo)用(yong)，但可(ke)能具弱相互作(zuo)(zuo)用(yong)。已知的(de)(de)(de)粒子(zi)(zi)中不存在滿足(zu)這些性質(zhi)的(de)(de)(de)粒子(zi)(zi)，這意味著暗(an)物(wu)質(zhi)粒子(zi)(zi)的(de)(de)(de)研(yan)究極(ji)可(ke)能帶來物(wu)理學的(de)(de)(de)革命性突破。
雖然科學家們還(huan)不知道(dao)暗物質(zhi)(zhi)究竟由什么(me)構成，但通過觀測它如何(he)影響普通物質(zhi)(zhi)，并模(mo)擬(ni)它的(de)引(yin)力效應，還(huan)是對它有了一些了解(jie)：
——宇宙(zhou)中(zhong)95%以上是暗(an)物(wu)(wu)質(zhi)和(he)暗(an)能量，暗(an)物(wu)(wu)質(zhi)占26.8%。暗(an)物(wu)(wu)質(zhi)不發光、不發出電(dian)磁波、不參與電(dian)磁相互(hu)作用(yong)，它無法(fa)用(yong)任何光學或(huo)電(dian)磁觀測設備(bei)直接“看”到(dao)。
——暗(an)物質(zhi)難(nan)以探測，還(huan)在于它密度(du)小、速(su)度(du)快，難(nan)以捕(bu)捉(zhuo)。科學(xue)家測算，暗(an)物質(zhi)粒子(zi)每秒的(de)運(yun)動速(su)度(du)為220千米，是56式半自動步槍(qiang)子(zi)彈出膛速(su)度(du)的(de)300倍。
——暗(an)物(wu)質應該來自(zi)于宇宙大爆炸。在(zai)宇宙早期某一個(ge)時刻，宇宙溫度非常(chang)高，粒子能量非常(chang)強，它們劇烈碰撞，在(zai)這種相互(hu)作用(yong)下，包括暗(an)物(wu)質在(zai)內的各種各樣的物(wu)質由此(ci)產生。
——宇(yu)(yu)宙(zhou)的(de)(de)結(jie)構與(yu)暗(an)(an)物(wu)(wu)(wu)質(zhi)有關。由(you)(you)于暗(an)(an)物(wu)(wu)(wu)質(zhi)和它自己以及(ji)其他物(wu)(wu)(wu)質(zhi)不發生(sheng)除(chu)了(le)引力(li)(li)以外的(de)(de)作用，它是促使宇(yu)(yu)宙(zhou)膨脹時在(zai)自身引力(li)(li)下形成(cheng)特定結(jie)構的(de)(de)首要物(wu)(wu)(wu)質(zhi)類型。暗(an)(an)物(wu)(wu)(wu)質(zhi)播(bo)下了(le)宇(yu)(yu)宙(zhou)絲(si)狀結(jie)構的(de)(de)種子，隨后可見(jian)物(wu)(wu)(wu)質(zhi)才(cai)聚集在(zai)一些由(you)(you)暗(an)(an)物(wu)(wu)(wu)質(zhi)建立起來的(de)(de)引力(li)(li)點上，并最終形成(cheng)了(le)星系。
——暗物質對生(sheng)命來說是絕(jue)不(bu)可少的(de)。假如沒(mei)有(you)(you)(you)暗物質的(de)引力作(zuo)用，我們所在的(de)銀河(he)系將永遠無(wu)法在宇宙(zhou)大爆炸(zha)后(hou)的(de)膨脹過(guo)程中坍縮形(xing)成。那樣(yang)的(de)話，現在既沒(mei)有(you)(you)(you)太陽，也沒(mei)有(you)(you)(you)地球(qiu)，更沒(mei)有(you)(you)(you)你我……
中(zhong)科院(yuan)國家(jia)空間科學中(zhong)心主(zhu)任吳季說，由于人類(lei)(lei)還(huan)不了解暗(an)(an)物(wu)質，不得已(yi)才稱它(ta)們“暗(an)(an)”，一旦發現了它(ta)們是什(shen)么(me)，并且隨著(zhu)研究(jiu)的深入(ru)，新發現的粒子就(jiu)會有(you)很多名字。“暗(an)(an)”只是階段性的名字，也(ye)充分體現了人類(lei)(lei)還(huan)不了解它(ta)。
對(dui)于找到暗(an)物質，科(ke)(ke)學(xue)家已經(jing)等待(dai)了數十年。通過一系列實驗(yan)和觀測，科(ke)(ke)學(xue)家們或許距離(li)破解(jie)暗(an)物質這個宇宙(zhou)謎團只有一步之遙了。
現階段(duan)主要有3種(zhong)暗(an)(an)物(wu)(wu)質探(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)方案：直接(jie)探(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)、間(jian)(jian)接(jie)探(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)和對(dui)撞機探(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)。直接(jie)探(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)尋找(zhao)的(de)(de)(de)是暗(an)(an)物(wu)(wu)質粒(li)(li)(li)子(zi)和核子(zi)碰撞產(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)信號(hao)。這類實(shi)驗因為要屏蔽(bi)大(da)(da)氣中帶電粒(li)(li)(li)子(zi)的(de)(de)(de)影響，一(yi)般在(zai)地(di)下(xia)實(shi)驗室進行(xing)，其優點(dian)是可以在(zai)地(di)面進行(xing)，造價較(jiao)低。中國有世界上最深的(de)(de)(de)地(di)下(xia)實(shi)驗室——錦屏地(di)下(xia)實(shi)驗室，因此中國在(zai)暗(an)(an)物(wu)(wu)質直接(jie)探(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)領(ling)域也(ye)取(qu)得了很大(da)(da)的(de)(de)(de)成就，清華(hua)大(da)(da)學和上海(hai)交通(tong)大(da)(da)學各自獨(du)立進行(xing)暗(an)(an)物(wu)(wu)質直接(jie)探(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)實(shi)驗項目。對(dui)撞機探(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)主要是尋找(zhao)高能(neng)粒(li)(li)(li)子(zi)對(dui)撞產(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)無法被(bei)探(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)器(qi)探(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)的(de)(de)(de)暗(an)(an)物(wu)(wu)質粒(li)(li)(li)子(zi)引發的(de)(de)(de)能(neng)量動(dong)量不守恒過程(cheng)。這類探(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)都是在(zai)大(da)(da)型高能(neng)對(dui)撞機上進行(xing)，造價高昂，技(ji)術(shu)難度大(da)(da)。間(jian)(jian)接(jie)探(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)主要通(tong)過研究探(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)銀河系內的(de)(de)(de)暗(an)(an)物(wu)(wu)質粒(li)(li)(li)子(zi)湮滅產(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)普通(tong)粒(li)(li)(li)子(zi)，信號(hao)在(zai)宇宙線能(neng)譜(pu)上變現為各種(zhong)“超出(chu)”或(huo)者“鼓包”。因為大(da)(da)氣對(dui)宇宙線的(de)(de)(de)屏蔽(bi)作用，這類實(shi)驗需(xu)要發射空(kong)間(jian)(jian)探(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)器(qi)在(zai)大(da)(da)氣層進行(xing)探(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)。國際上正(zheng)在(zai)運行(xing)的(de)(de)(de)空(kong)間(jian)(jian)科學衛星有費米大(da)(da)天區望遠鏡（Fermi-LAT），阿爾法磁譜(pu)儀(yi)2（AMS-02）、電子(zi)對(dui)望遠鏡（CALET）和中國的(de)(de)(de)暗(an)(an)物(wu)(wu)質粒(li)(li)(li)子(zi)探(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)衛星DAMPE。
成功發射
2015年(nian)12月17日8時12分，我國在酒(jiu)泉(quan)衛(wei)星發(fa)射(she)中(zhong)心用長征二號丁運載(zai)火箭丁成(cheng)功將暗物質粒(li)子(zi)探測衛(wei)星“悟(wu)空”發(fa)射(she)升空，衛(wei)星順利進(jin)入預(yu)定轉移(yi)軌(gui)道。此(ci)次(ci)發(fa)射(she)任務圓滿(man)成(cheng)功，標志(zhi)著我國空間科學(xue)研究邁出重要一步。
“悟空”肩負著(zhu)去太空尋找暗物質存在證據的使(shi)命，它(ta)擁有“火眼金(jin)睛”，觀測能段、能量分辨率超過國際(ji)上其他同類探測器，可謂“神通廣(guang)大(da)”，有望(wang)在物理學(xue)前沿帶來(lai)重大(da)突破。
暗(an)物(wu)質和(he)暗(an)能(neng)量被科(ke)學家們稱為“籠罩在21世(shi)紀(ji)物(wu)理學上的兩朵烏云”。中國和(he)世(shi)界各國已著手(shou)籌建(jian)或實施多個(ge)暗(an)物(wu)質探測實驗項(xiang)目(mu)，其研究成果可(ke)能(neng)帶來基礎(chu)科(ke)學領域的重大突破(po)。
正式命名
暗物(wu)質(zhi)(zhi)粒子探測衛(wei)星公開征(zheng)名(ming)活動(dong)由(you)人(ren)民(min)網和中(zhong)國(guo)科(ke)(ke)學(xue)院國(guo)家(jia)空間科(ke)(ke)學(xue)中(zhong)心、中(zhong)國(guo)科(ke)(ke)學(xue)院紫金(jin)山天文臺(tai)和共(gong)(gong)同(tong)主辦，自2015年9月底上線(xian)以來，共(gong)(gong)收(shou)到有效名(ming)稱方案32517個。在(zai)數(shu)據統計的基(ji)礎上，經過專家(jia)評委投票，由(you)中(zhong)科(ke)(ke)院批準，將(jiang)暗物(wu)質(zhi)(zhi)粒子探測衛(wei)星正式命名(ming)為“悟空”。
將暗(an)物質粒(li)子(zi)探測衛(wei)星命(ming)名為“悟(wu)空(kong)”，符合將科學衛(wei)星以神話形象(xiang)命(ming)名的(de)做(zuo)法，如美國的(de)阿(a)波(bo)羅(luo)、歐洲的(de)尤利西(xi)斯(si)、中國的(de)玉兔等。這樣做(zuo)可(ke)以借助(zhu)傳(chuan)統(tong)文化(hua)，提升我國公眾科學素養，吸(xi)引青(qing)少年熱愛科學、探索未知。
“悟空(kong)”是中(zhong)國(guo)古典(dian)名(ming)著《西(xi)游(you)記》中(zhong)齊天大圣的(de)(de)名(ming)字，“悟”有領悟的(de)(de)意(yi)(yi)思，“悟空(kong)”有領悟、探(tan)(tan)索(suo)太空(kong)之(zhi)意(yi)(yi)；另一方面，“悟空(kong)”的(de)(de)火眼金睛，猶如暗物(wu)(wu)質粒子(zi)探(tan)(tan)測衛星的(de)(de)探(tan)(tan)測器(qi)，可以在茫(mang)茫(mang)太空(kong)中(zhong)，識別暗物(wu)(wu)質的(de)(de)蹤影(ying)。
成立科學組
2015年10月29日(ri)至31日(ri)，由中國(guo)(guo)(guo)(guo)科(ke)學(xue)(xue)(xue)院(yuan)紫金山(shan)天文(wen)臺主(zhu)辦的第四屆暗物(wu)(wu)質探(tan)測(ce)衛星(xing)（DAMPE）研(yan)討會(hui)在南(nan)京召(zhao)開。來自DAMPE主(zhu)要研(yan)制單(dan)位(wei)中國(guo)(guo)(guo)(guo)科(ke)學(xue)(xue)(xue)院(yuan)紫金山(shan)天文(wen)臺、高能(neng)物(wu)(wu)理(li)研(yan)究(jiu)所(suo)、近代物(wu)(wu)理(li)研(yan)究(jiu)所(suo)、國(guo)(guo)(guo)(guo)家(jia)空(kong)間科(ke)學(xue)(xue)(xue)中心和(he)中國(guo)(guo)(guo)(guo)科(ke)學(xue)(xue)(xue)技術(shu)大(da)(da)學(xue)(xue)(xue)以及國(guo)(guo)(guo)(guo)際合作單(dan)位(wei)瑞士日(ri)內瓦大(da)(da)學(xue)(xue)(xue)、意大(da)(da)利國(guo)(guo)(guo)(guo)家(jia)核物(wu)(wu)理(li)研(yan)究(jiu)所(suo)、佩魯賈大(da)(da)學(xue)(xue)(xue)、巴(ba)里大(da)(da)學(xue)(xue)(xue)、薩倫托大(da)(da)學(xue)(xue)(xue)以及美國(guo)(guo)(guo)(guo)麻省理(li)工學(xue)(xue)(xue)院(yuan)等單(dan)位(wei)50余位(wei)專(zhuan)家(jia)學(xue)(xue)(xue)者參加了此次會(hui)議。
研(yan)討會(hui)期間，常(chang)進正式宣布暗物質粒子(zi)探(tan)測(ce)衛星科(ke)(ke)(ke)學(xue)合(he)作(zuo)組(zu)成立。科(ke)(ke)(ke)學(xue)合(he)作(zuo)組(zu)在DAMPE科(ke)(ke)(ke)學(xue)應用系(xi)統(tong)組(zu)織下，負責DAMPE探(tan)測(ce)器運行及(ji)實驗數據的(de)刻度、重建、物理分(fen)析(xi)。合(he)作(zuo)組(zu)推舉了組(zu)織委(wei)員會(hui)（IB）和(he)執行委(wei)員會(hui)（EB），下設運行組(zu)、軟件(jian)組(zu)、技術組(zu)、物理分(fen)析(xi)組(zu)和(he)科(ke)(ke)(ke)學(xue)顧問組(zu)。會(hui)議最后，科(ke)(ke)(ke)學(xue)應用系(xi)統(tong)還(huan)對DAMPESW軟件(jian)的(de)研(yan)發(fa)(fa)狀態和(he)分(fen)工進行討論及(ji)確(que)定，為衛星成功發(fa)(fa)射后的(de)數據處理及(ji)分(fen)析(xi)、科(ke)(ke)(ke)學(xue)目標的(de)實施奠(dian)定了基礎。
完成束流實驗
中(zhong)國(guo)科(ke)學院空間戰略先導專項(xiang)“暗物(wu)質(zhi)粒子(zi)探測衛(wei)星(xing)”有效(xiao)載(zai)荷——DAMPE粒子(zi)探測譜(pu)(pu)儀(yi)初樣(yang)鑒(jian)定(ding)件在歐洲核子(zi)研究中(zhong)心（CERN）進行(xing)了(le)為期20天的束(shu)流測試和標(biao)定(ding)實驗(yan)(yan)。實驗(yan)(yan)驗(yan)(yan)證了(le)DAMPE譜(pu)(pu)儀(yi)的能(neng)量(liang)響應線性、能(neng)量(liang)分辨等(deng)關鍵指(zhi)標(biao)，取得圓滿(man)成(cheng)功。此次(ci)DAMPE譜(pu)(pu)儀(yi)鑒(jian)定(ding)件在CERN的束(shu)流實驗(yan)(yan)，是整個暗物(wu)質(zhi)粒子(zi)探測衛(wei)星(xing)研制中(zhong)必不(bu)可(ke)(ke)缺(que)少的一環(huan)，其成(cheng)功完成(cheng)，驗(yan)(yan)證了(le)DAMPE譜(pu)(pu)儀(yi)的軟、硬(ying)件功能(neng)完備正(zheng)確、系統工作可(ke)(ke)靠(kao)、科(ke)學探測數(shu)據(ju)可(ke)(ke)信、性能(neng)達標(biao)；并為正(zheng)樣(yang)飛行(xing)件在軌運(yun)行(xing)物(wu)理(li)數(shu)據(ju)的分析提供了(le)依據(ju)，保(bao)證了(le)未來科(ke)學成(cheng)果(guo)的可(ke)(ke)信度(du)。
完成測試在軌交(jiao)付
2016年3月(yue)17日(ri)，我(wo)國空間(jian)科(ke)學(xue)系列首發星(xing)暗物質粒子探測衛星(xing)“悟空”圓(yuan)滿完成(cheng)三個月(yue)的在軌(gui)測試任務，順利(li)交付用戶單(dan)位。
經過(guo)三個(ge)月的在軌測(ce)試，衛(wei)星的四大科(ke)學載(zai)荷——塑閃陣列探測(ce)器(qi)、硅(gui)陣列探測(ce)器(qi)、BGO量能(neng)器(qi)和中(zhong)子探測(ce)器(qi)功能(neng)性能(neng)穩(wen)定，上注至衛(wei)星的全部指令(ling)均正確(que)執行，星地鏈路通暢，完成(cheng)了所有既定的測(ce)試項目，衛(wei)星各(ge)項技(ji)術指標達到或超過(guo)了預期。
國外現狀
直接探(tan)測(ce)測(ce)量的是暗物質(zhi)粒子(zi)和原子(zi)核(he)碰撞后原子(zi)核(he)的反沖信號(hao)(hao)。核(he)反沖信號(hao)(hao)一般通過測(ce)量聲子(zi)、光和電荷這(zhe)三類信號(hao)(hao)獲得。國際上已經(jing)開展(zhan)的實驗有很多(duo)，如Xenon，CoGeNT ，CDMS ，DAMA等。
中(zhong)國科學(xue)院(yuan)遙感與(yu)數(shu)字地(di)球所(suo)所(suo)屬的(de)中(zhong)國遙感衛(wei)(wei)星(xing)(xing)地(di)面站(zhan)喀(ka)什站(zhan)已于(yu)12月20日8時(shi)45分成(cheng)(cheng)(cheng)功跟蹤、接收(shou)到(dao)我國首顆暗物質(zhi)粒子探測衛(wei)(wei)星(xing)(xing)“悟空(kong)”的(de)首軌X頻段下行數(shu)據(ju)(ju)，到(dao)8時(shi)52分完(wan)成(cheng)(cheng)(cheng)任務數(shu)據(ju)(ju)的(de)接收(shou)、記錄，并傳(chuan)輸(shu)至中(zhong)國科學(xue)院(yuan)國家空(kong)間(jian)科學(xue)中(zhong)心。這一(yi)成(cheng)(cheng)(cheng)功接收(shou)，標志著(zhu)“悟空(kong)”和(he)地(di)面站(zhan)星(xing)(xing)地(di)之間(jian)的(de)數(shu)據(ju)(ju)傳(chuan)輸(shu)鏈路正式開通(tong)。
2015年(nian)12月24日17時55分(fen)，我國科(ke)學(xue)(xue)衛(wei)(wei)星(xing)系列首(shou)發星(xing)——暗物質粒子探(tan)測衛(wei)(wei)星(xing)“悟空”升空后(hou)第7天，經衛(wei)(wei)星(xing)平臺(tai)測試、有效載荷管理器(qi)加電測試、科(ke)學(xue)(xue)探(tan)測器(qi)高壓加電測試后(hou)，第一批科(ke)學(xue)(xue)數據成功下(xia)傳至中(zhong)科(ke)院(yuan)國家空間科(ke)學(xue)(xue)中(zhong)心空間科(ke)學(xue)(xue)任務大廳。
接收到的數據(ju)顯示，暗物(wu)質衛(wei)星(xing)的四大科學載荷(he)(he)：塑閃陣列探測(ce)(ce)器(qi)、硅陣列探測(ce)(ce)器(qi)、BGO量能器(qi)、中子探測(ce)(ce)器(qi)探測(ce)(ce)到的高(gao)能電子和伽馬(ma)射線計數與地(di)面預測(ce)(ce)計數率一致，表明暗物(wu)質衛(wei)星(xing)的有效載荷(he)(he)已開始正(zheng)常工作。
2016年3月(yue)(yue)17日，我國空(kong)間科學(xue)系列(lie)首發星暗(an)物質(zhi)粒子探(tan)測衛星“悟空(kong)”圓(yuan)滿完成三(san)個(ge)月(yue)(yue)的在軌(gui)(gui)(gui)測試(shi)任務，順利交付用戶(hu)單(dan)位。暗(an)物質(zhi)衛星自(zi)2015年12月(yue)(yue)20日接(jie)收(shou)(shou)到(dao)第一幀數傳(chuan)數據以來，衛星地面(mian)支撐系統累(lei)(lei)計接(jie)收(shou)(shou)數據494軌(gui)(gui)(gui)，累(lei)(lei)計接(jie)收(shou)(shou)原始數據文件約2.4TB，生成科學(xue)數據產品41類，總計110606個(ge)，數據產品總量約5.5TB。截至2016年3月(yue)(yue)17日，暗(an)物質(zhi)衛星在軌(gui)(gui)(gui)飛行92天，共探(tan)測到(dao)4.6億個(ge)高能粒子，完成了(le)三(san)分之二天區的掃描。
2021年(nian)9月7日(ri)，國(guo)家空間科學數(shu)(shu)據(ju)中(zhong)心(xin)與中(zhong)國(guo)科學院紫金(jin)山天文臺聯合公開發布“悟空”號(hao)暗物質(zhi)粒子(zi)探測衛星首批伽馬光(guang)子(zi)科學數(shu)(shu)據(ju)。
超大質(zhi)量(liang)黑洞是宇宙中(zhong)(zhong)廣泛存在(zai)(zai)的一(yi)類天體，它們的質(zhi)量(liang)是太陽的幾十萬至數百億倍，幾乎(hu)在(zai)(zai)每個(ge)(ge)大星系(xi)、包括人類身處(chu)的銀河系(xi)中(zhong)(zhong)心，都存在(zai)(zai)至少一(yi)個(ge)(ge)這(zhe)樣的黑洞。有些巨(ju)型黑洞在(zai)(zai)宇宙極(ji)早期就(jiu)已(yi)經存在(zai)(zai)，它們如何(he)形(xing)成(cheng)、演變(bian)、反作用于星系(xi)，至今(jin)仍是未(wei)解之謎。但人類研究這(zhe)些碩大的“宇宙妖怪(guai)”并非(fei)毫無辦法。
科(ke)學家(jia)已經發(fa)現，有一部分超大(da)質(zhi)量黑(hei)洞并非一直悄無聲息，而會肆無忌憚地“大(da)吃大(da)喝”：它們(men)吞噬的(de)物質(zhi)聚(ju)集形成(cheng)吸(xi)積盤、并且產生(sheng)強有力(li)的(de)噴流，使(shi)黑(hei)洞表現得異常明亮(liang)。這一類天體也(ye)被稱作(zuo)活動星系核，它們(men)正是人類解開黑(hei)洞之(zhi)謎的(de)鑰匙。
CTA 102就是一個著名的(de)活動星系核。它于1963年(nian)被首次發現，其黑(hei)洞質量約(yue)為太陽的(de)8.5億倍，與太陽系距離約(yue)為80億光(guang)年(nian)。科學記錄顯(xian)示，CTA 102上一次比較劇烈的(de)活動發生(sheng)在2012年(nian)。
我(wo)國于2015年底發(fa)射(she)(she)的暗(an)物(wu)質粒(li)子(zi)(zi)探測衛星“悟(wu)空(kong)”，主(zhu)要目標就(jiu)是通過空(kong)間觀測宇宙(zhou)射(she)(she)線(xian)和伽馬(ma)(ma)射(she)(she)線(xian)，來探索(suo)宇宙(zhou)暗(an)物(wu)質和類(lei)似(si)黑洞這樣的宇宙(zhou)“妖(yao)怪”。紫金山天文臺暗(an)物(wu)質衛星團隊介紹，自2016年10月(yue)以(yi)來，“悟(wu)空(kong)”頻(pin)繁捕捉到來自CTA 102的伽馬(ma)(ma)射(she)(she)線(xian)輻射(she)(she)。特別是11月(yue)23日(ri)以(yi)后，“悟(wu)空(kong)”記錄到明(ming)顯(xian)增強的伽馬(ma)(ma)射(she)(she)線(xian)爆發(fa)現(xian)象，這一爆發(fa)在12月(yue)16日(ri)達到峰值。記錄到的最高光(guang)子(zi)(zi)能(neng)量約620億電子(zi)(zi)伏特，相(xiang)當(dang)于靜止質子(zi)(zi)等效能(neng)量的66倍。
這(zhe)一觀測(ce)結果也得(de)到其他設備的印(yin)證。紫金山天文臺(tai)1米近地天體巡天望遠鏡(jing)也觀測(ce)到CTA 102的此輪爆發。根據望遠鏡(jing)記錄，2016年(nian)6月18日至12月20日之間(jian)，CTA 102亮度持續增(zeng)強。
2016年12月(yue)29日，中(zhong)科院紫金山天(tian)文(wen)臺通報(bao)，暗物質(zhi)粒子(zi)探測(ce)衛(wei)星(xing)(xing)“悟(wu)空(kong)”近兩個月(yue)內頻繁(fan)記錄到來自超大質(zhi)量黑(hei)洞CTA 102的伽(jia)馬射線爆發(fa)。這是暗物質(zhi)衛(wei)星(xing)(xing)科研團(tuan)隊自衛(wei)星(xing)(xing)上(shang)天(tian)后首(shou)次發(fa)布(bu)觀測(ce)成(cheng)果(guo)。“悟(wu)空(kong)”觀測(ce)到的現(xian)象(xiang)表明，黑(hei)洞CTA 102正經歷新一(yi)輪活躍期(qi)。
“CTA 102是‘“悟空(kong)”’捕獲(huo)的第(di)一個‘小妖’，我們(men)將持(chi)續監測它的活動。相信(xin)借助(zhu)‘“悟空(kong)”’的火眼(yan)金睛，未(wei)來還能‘抓(zhua)獲(huo)’更多的‘宇宙妖怪’，為人類認識宇宙萬象提供有力的幫助(zhu)。”暗物質衛星項目團隊成員徐(xu)遵磊(lei)說。
2017年(nian)11月30日，國際(ji)權威學術期刊《自然》在線(xian)(xian)發表，暗(an)物質粒子(zi)探測(ce)衛星“悟(wu)空”有充分數(shu)據證(zheng)實，在太空中(zhong)(zhong)測(ce)量(liang)到了電子(zi)宇(yu)宙射線(xian)(xian)的一(yi)處異常波動。這一(yi)波動此前(qian)從未(wei)被觀測(ce)到，意味著中(zhong)(zhong)國科學家取(qu)得一(yi)項開創(chuang)性發現(xian)，且(qie)有可能與暗(an)物質相關。
2021年5月19日，中(zhong)國(guo)暗物質(zhi)衛星項目團隊(dui)公(gong)布科學成果。基于四年半的(de)在軌(gui)觀測數據，“悟空(kong)”繪出迄(qi)今最精確(que)的(de)高能(neng)氦原子(zi)核宇宙射(she)(she)線(xian)能(neng)譜，并觀察到能(neng)譜新(xin)結構。這一發現可(ke)能(neng)預(yu)示存在一處未知的(de)宇宙射(she)(she)線(xian)源。
2021年5月19日(ri)，中科院紫金山天文(wen)臺發布“悟空”號(hao)最新研究成(cheng)果：獲得氦核(he)宇宙(zhou)線70 GeV至80 TeV能(neng)段的精(jing)確能(neng)譜(pu)測(ce)量結果并發現能(neng)譜(pu)新結構(gou)。這是國(guo)際(ji)上利用空間實(shi)驗實(shi)現對10 TeV以(yi)上能(neng)段氦核(he)宇宙(zhou)線能(neng)譜(pu)的首次精(jing)確測(ce)量。“悟空”號(hao)的結果對揭示(shi)高能(neng)宇宙(zhou)線的起源以(yi)及加速機制具(ju)有(you)十(shi)分重要的意義。
2021年(nian)9月(yue)7日(ri)，國家空間(jian)科(ke)(ke)(ke)學(xue)(xue)數據中心(xin)與(yu)中國科(ke)(ke)(ke)學(xue)(xue)院紫(zi)金(jin)(jin)山(shan)天(tian)文臺聯合公開(kai)發(fa)布(bu)“悟空”號暗物質(zhi)粒子(zi)探測衛星首批(pi)伽馬(ma)光子(zi)科(ke)(ke)(ke)學(xue)(xue)數據。此次公開(kai)發(fa)布(bu)2016年(nian)1月(yue)1日(ri)-2018年(nian)12月(yue)31日(ri)的(de)伽馬(ma)光子(zi)科(ke)(ke)(ke)學(xue)(xue)數據（共(gong)(gong)計99864個(ge)事例(li)），以及(ji)(ji)與(yu)其相關(guan)的(de)衛星狀(zhuang)態文件（共(gong)(gong)計1096條(tiao)記(ji)錄）。相關(guan)科(ke)(ke)(ke)學(xue)(xue)數據可通過國家空間(jian)科(ke)(ke)(ke)學(xue)(xue)數據中心(xin)或中國科(ke)(ke)(ke)學(xue)(xue)院紫(zi)金(jin)(jin)山(shan)天(tian)文臺獲(huo)取。后續，研(yan)究(jiu)單位(wei)將持續發(fa)布(bu)伽馬(ma)光子(zi)科(ke)(ke)(ke)學(xue)(xue)數據，開(kai)展數據分析與(yu)應用(yong)技術及(ji)(ji)工具的(de)研(yan)發(fa)，為公眾提供更多(duo)樣、更精(jing)細(xi)、更透明的(de)數據共(gong)(gong)享與(yu)應用(yong)服務。
2017年12月底，“悟空”號(hao)(hao)衛(wei)星出現的一場意外狀況，導致其(qi)接收到的數據量突然銳減；經過30名隊友(you)19個小時的緊(jin)張忙(mang)碌，“悟空”號(hao)(hao)恢復正常。
2015年(nian)(nian)12月(yue)17日升(sheng)空工(gong)作，原(yuan)計劃在(zai)天運行3年(nian)(nian)，但““悟(wu)空”將延期服役(yi)至(zhi)2020年(nian)(nian)。2019年(nian)(nian)10月(yue)，暗物(wu)質衛(wei)(wei)星首席科(ke)學(xue)家(jia)常(chang)進(jin)說，衛(wei)(wei)星在(zai)軌運行近4年(nian)(nian)來，各有效(xiao)載荷運行良好，已總計獲取約70億(yi)個(ge)粒子的(de)信(xin)息，關鍵科(ke)學(xue)工(gong)作正在(zai)持續(xu)推進(jin)。從(cong)研究(jiu)成果來看，與國際(ji)同類探(tan)測器(qi)比較，“悟(wu)空”繪出(chu)的(de)質子宇宙線能譜，在(zai)1-100 TeV能段(duan)精度最高，其(qi)能量上限，比著名(ming)物(wu)理學(xue)家(jia)丁(ding)肇中領(ling)導的(de)阿爾法磁譜儀實驗高出(chu)約50倍，比日本學(xue)者領(ling)銜(xian)的(de)量能器(qi)電子望遠鏡實驗高出(chu)10倍。
““悟空(kong)”將延期服役(yi)至2020年，同時我們也已(yi)經在為下一代空(kong)間(jian)高能(neng)(neng)伽馬和(he)粒子探測實驗做(zuo)準備。”范(fan)一中透(tou)露，團隊已(yi)經在開展關鍵(jian)技術預研，新的(de)探測器將改進設計，強化(hua)低(di)能(neng)(neng)粒子篩選能(neng)(neng)力和(he)伽馬射線探測能(neng)(neng)力等，預計總探測效(xiao)能(neng)(neng)達到10倍以上。
“悟空(kong)”號的設計壽命為(wei)3年，探測器及衛星(xing)平臺運(yun)行(xing)狀態良好(hao)，已于2019年1月正式進行(xing)首次延壽運(yun)行(xing)，為(wei)期(qi)2年。基于“悟空(kong)”號優異的工(gong)作狀態，有望再次延壽運(yun)行(xing)。
2020年12月17日，暗物質粒子探測衛星(xing)“悟空(kong)”科研團隊宣布，鑒(jian)于(yu)衛星(xing)運行情(qing)況良好(hao)，項目(mu)團隊已與各保障(zhang)部門商定(ding)，再次將其“服役期”延長1年。
歲月靜好(hao)
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