“暗物質粒子探(tan)測(ce)衛星”計(ji)劃屬于中國(guo)科學(xue)院“空間科學(xue)戰(zhan)略性(xing)先(xian)導科技專項”，由(you)中國(guo)科學(xue)院紫金山(shan)天(tian)文臺(tai)暗物質與空間天(tian)文研(yan)究(jiu)部(bu)、中國(guo)科學(xue)技術(shu)大學(xue)、中國(guo)科學(xue)院近(jin)代物理研(yan)究(jiu)所和中國(guo)科學(xue)院高能物理研(yan)究(jiu)所等(deng)合作研(yan)發(fa)。
“悟空(kong)”是世界(jie)上觀測能(neng)段范圍最寬、能(neng)量分(fen)辨率最優的(de)暗物(wu)質(zhi)粒(li)子探(tan)(tan)測衛星(xing)，超(chao)過(guo)國際上所有(you)同類探(tan)(tan)測器。它將在太空(kong)中開展高能(neng)電子及高能(neng)伽馬(ma)射線探(tan)(tan)測任務，探(tan)(tan)尋暗物(wu)質(zhi)存在的(de)證(zheng)據，研究暗物(wu)質(zhi)特性與空(kong)間分(fen)布規律。
主要目的：去太(tai)空尋找暗物質(zhi)存(cun)在證據，尋找暗物質(zhi)粒子(zi)，探尋宇宙射線起源并觀測高(gao)能伽(jia)馬射線，有望在物理學與天文學前沿(yan)帶來新的重大突破。
主(zhu)要(yao)本領：探測電子，光子和宇宙射線（質子和重離子）。
主要構成：一個(ge)塑料(liao)閃爍探測器(qi)（PSD）、硅微條（STK）、鎢板(ban)、電磁(ci)量能器(qi)（BGO）和中子探測器(qi)。
PSD用作反符(fu)合，由(you)兩層(ceng)塑料閃爍體條組成；STK由(you)6個(ge)(ge)徑跡雙層(ceng)，每個(ge)(ge)由(you)正交擺放的(de)兩個(ge)(ge)單面硅條組成；有三(san)層(ceng)厚度(du)均為1mm的(de)鎢(wu)板(ban)，插在(zai)硅微條的(de)第(di)2、3、4層(ceng)前(qian)面，用作光子轉換(huan)；BGO有14層(ceng)，每層(ceng)22根，相(xiang)鄰兩層(ceng)正交排列，用來測量(liang)(liang)射線的(de)能(neng)量(liang)(liang)；中子探測器加在(zai)量(liang)(liang)能(neng)器的(de)底部。BGO量(liang)(liang)能(neng)器和STK總共大(da)約33個(ge)(ge)輻射長度(du)，是空間(jian)里(li)最深的(de)量(liang)(liang)能(neng)器。
各自作用：
塑料閃爍體探測器：區(qu)分電荷(he)。電子和光(guang)子打進來，是(shi)不同的。
Si陣列探測器：測量宇宙(zhou)線的方向和電荷。
BGO量能(neng)器：最(zui)為重要，測量宇宙線的能(neng)量。
中子(zi)(zi)(zi)探測器：區分(fen)質(zhi)子(zi)(zi)(zi)和電(dian)子(zi)(zi)(zi)。質(zhi)子(zi)(zi)(zi)打(da)進來(lai)的話，在底端會產(chan)生(sheng)很(hen)(hen)多中子(zi)(zi)(zi)，而高能宇宙(zhou)線的電(dian)子(zi)(zi)(zi)打(da)進來(lai)，產(chan)生(sheng)的中子(zi)(zi)(zi)很(hen)(hen)少。同時，不同能量產(chan)生(sheng)的簇射的大(da)小也不同。
DAMPE可以(yi)以(yi)前所未(wei)有的(de)靈敏度和(he)能(neng)量范圍探(tan)測(ce)電子(zi)(zi)，光子(zi)(zi)和(he)宇(yu)宙(zhou)射(she)(she)線（質(zhi)子(zi)(zi)和(he)重離子(zi)(zi)）。對于電子(zi)(zi)和(he)光子(zi)(zi)，探(tan)測(ce)范圍是5GeV-10TeV，在800GeV的(de)能(neng)量分辨(bian)(bian)率(lv)為(wei)1%。對于宇(yu)宙(zhou)射(she)(she)線，探(tan)測(ce)范圍為(wei)100GeV-100TeV能(neng)區，在800GeV的(de)能(neng)量分辨(bian)(bian)率(lv)優于40%。對于電子(zi)(zi)和(he)光子(zi)(zi)，幾(ji)何因(yin)子(zi)(zi)是約(yue)0.3 mSR，對于宇(yu)宙(zhou)射(she)(she)線大約(yue)0.2 mSR。100 GeV的(de)角分辨(bian)(bian)率(lv)為(wei)0.1°。
一是(shi)暗物(wu)質間接探(tan)測，也是(shi)最(zui)主要(yao)的(de)；二是(shi)尋找宇宙射(she)線的(de)起(qi)源(yuan)；三是(shi)伽馬射(she)線天體物(wu)理。
高能(neng)宇宙射(she)線指(zhi)的(de)(de)是來自宇宙中(zhong)具有相當大(da)能(neng)量的(de)(de)帶(dai)電(dian)(dian)粒子流，1912年由德國科學(xue)(xue)家(jia)韋克多·漢斯發現(xian)。他(ta)制作(zuo)(zuo)了(le)一(yi)個(ge)電(dian)(dian)離(li)(li)室，用于測(ce)量空氣中(zhong)的(de)(de)電(dian)(dian)離(li)(li)度(du)(du)(du)（空氣中(zhong)的(de)(de)帶(dai)電(dian)(dian)粒子數量）。同時(shi)期也(ye)有其他(ta)的(de)(de)科學(xue)(xue)家(jia)制作(zuo)(zuo)電(dian)(dian)離(li)(li)室，漢斯的(de)(de)創新之處在于，他(ta)將電(dian)(dian)離(li)(li)室放在熱氣球上，這樣在放飛前，能(neng)測(ce)量出地面的(de)(de)電(dian)(dian)離(li)(li)度(du)(du)(du)，放飛后，能(neng)測(ce)量出不同海(hai)拔高度(du)(du)(du)的(de)(de)電(dian)(dian)離(li)(li)度(du)(du)(du)。而漢斯的(de)(de)測(ce)量結果顯(xian)示：海(hai)拔越高，電(dian)(dian)離(li)(li)度(du)(du)(du)越大(da)。
這說明(ming)帶電(dian)粒子(zi)并(bing)不是(shi)地球(qiu)產生的，否則不會越遠離地面，電(dian)離度越高。也就是(shi)說，宇(yu)宙空(kong)間會產生帶電(dian)粒子(zi)，再(zai)打到地球(qiu)上。
宇宙(zhou)(zhou)(zhou)線產生后，在(zai)銀河系傳播的(de)(de)(de)(de)(de)過程(cheng)中，有一定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)幾率逃脫銀河系，跑到(dao)宇宙(zhou)(zhou)(zhou)空間去，這(zhe)(zhe)樣宇宙(zhou)(zhou)(zhou)線的(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)量(liang)就(jiu)會越(yue)來越(yue)低。但實際(ji)上(shang)宇宙(zhou)(zhou)(zhou)線的(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)量(liang)是(shi)比較(jiao)穩定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)。這(zhe)(zhe)是(shi)因為(wei)宇宙(zhou)(zhou)(zhou)線有源頭，宇宙(zhou)(zhou)(zhou)線的(de)(de)(de)(de)(de)源頭一般認為(wei)是(shi)超新星(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)爆發(fa)。當超新星(xing)爆炸的(de)(de)(de)(de)(de)時候，會將自(zi)身的(de)(de)(de)(de)(de)高能(neng)量(liang)粒(li)子，例如氫核、氦核，以非常高的(de)(de)(de)(de)(de)速度拋射到(dao)星(xing)系空間中。
測(ce)量高(gao)能(neng)(neng)宇(yu)(yu)(yu)宙射線(xian)有可(ke)能(neng)(neng)發現暗(an)(an)(an)物(wu)質(zhi)，這(zhe)(zhe)(zhe)(zhe)是(shi)因(yin)為宇(yu)(yu)(yu)宙線(xian)的(de)(de)(de)源(yuan)頭(tou)一般認為是(shi)超新星(xing)(xing)爆發，而(er)如(ru)果暗(an)(an)(an)物(wu)質(zhi)存在的(de)(de)(de)話，暗(an)(an)(an)物(wu)質(zhi)湮滅的(de)(de)(de)時(shi)候產生(sheng)的(de)(de)(de)宇(yu)(yu)(yu)宙線(xian)，就(jiu)成為了宇(yu)(yu)(yu)宙線(xian)的(de)(de)(de)額外來(lai)源(yuan)，這(zhe)(zhe)(zhe)(zhe)時(shi)候探(tan)(tan)測(ce)到的(de)(de)(de)宇(yu)(yu)(yu)宙線(xian)會不同于標準模型，多出來(lai)的(de)(de)(de)一部分可(ke)能(neng)(neng)來(lai)源(yuan)于暗(an)(an)(an)物(wu)質(zhi)湮滅或者衰變，對這(zhe)(zhe)(zhe)(zhe)多出的(de)(de)(de)一部分進行探(tan)(tan)測(ce)，就(jiu)是(shi)暗(an)(an)(an)物(wu)質(zhi)的(de)(de)(de)間接探(tan)(tan)測(ce)。由諾貝爾物(wu)理學獎獲得(de)者丁肇(zhao)中主持(chi)的(de)(de)(de)AMS項目中的(de)(de)(de)暗(an)(an)(an)物(wu)質(zhi)粒(li)子探(tan)(tan)測(ce)衛(wei)星(xing)(xing)AMS-2，就(jiu)是(shi)應用的(de)(de)(de)這(zhe)(zhe)(zhe)(zhe)一原理。我國的(de)(de)(de)暗(an)(an)(an)物(wu)質(zhi)粒(li)子探(tan)(tan)測(ce)衛(wei)星(xing)(xing)也是(shi)一個宇(yu)(yu)(yu)宙線(xian)探(tan)(tan)測(ce)器，就(jiu)是(shi)應用這(zhe)(zhe)(zhe)(zhe)類機制來(lai)探(tan)(tan)測(ce)暗(an)(an)(an)物(wu)質(zhi)。
空間探測(ce)宇(yu)(yu)宙(zhou)線(xian)主要測(ce)量宇(yu)(yu)宙(zhou)線(xian)粒子的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)荷(he)(he)、能(neng)量和入射方向，其中測(ce)量電(dian)(dian)(dian)荷(he)(he)包括(kuo)電(dian)(dian)(dian)荷(he)(he)的(de)(de)大(da)小與正(zheng)(zheng)負(fu)(fu)。電(dian)(dian)(dian)荷(he)(he)正(zheng)(zheng)負(fu)(fu)的(de)(de)測(ce)量是(shi)最(zui)困(kun)難的(de)(de)，必須借助(zhu)于磁(ci)場才(cai)能(neng)實(shi)現(xian)。磁(ci)譜(pu)儀可以測(ce)量宇(yu)(yu)宙(zhou)線(xian)在(zai)其磁(ci)場中的(de)(de)偏轉，進(jin)而判定入射宇(yu)(yu)宙(zhou)線(xian)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)荷(he)(he)。磁(ci)譜(pu)儀造價(jia)昂貴，現(xian)在(zai)仍在(zai)空間運行(xing)的(de)(de)探測(ce)器只(zhi)有AMS-02。Fermi-LAT、CALET和DAMPE這(zhe)3個探測(ce)器都利用量能(neng)器來測(ce)量宇(yu)(yu)宙(zhou)線(xian)的(de)(de)能(neng)量，而不測(ce)量電(dian)(dian)(dian)荷(he)(he)的(de)(de)正(zheng)(zheng)負(fu)(fu)。
DAMPE即“悟(wu)空(kong)(kong)”是中國(guo)第1個空(kong)(kong)間高(gao)(gao)能(neng)(neng)粒子探(tan)測(ce)器(qi)，經過(guo)全球征名活(huo)動，最(zui)終命名為(wei)“悟(wu)空(kong)(kong)”，寓意(yi)用《西游(you)記》中火(huo)眼金睛的(de)(de)“悟(wu)空(kong)(kong)”尋(xun)找難以(yi)察覺的(de)(de)暗物質存(cun)在(zai)的(de)(de)證據。“悟(wu)空(kong)(kong)”已于2015年12月17日發(fa)射升空(kong)(kong)，是世(shi)界(jie)上迄今為(wei)止觀測(ce)能(neng)(neng)段范圍最(zui)寬、能(neng)(neng)量分(fen)(fen)辨(bian)率最(zui)優的(de)(de)空(kong)(kong)間探(tan)測(ce)器(qi)，其觀測(ce)能(neng)(neng)段是國(guo)際空(kong)(kong)間站阿爾法磁(ci)譜儀的(de)(de)10倍，能(neng)(neng)量分(fen)(fen)辨(bian)比國(guo)際同類(lei)探(tan)測(ce)器(qi)高(gao)(gao)3倍以(yi)上。在(zai)軌運行狀態穩(wen)定，數(shu)(shu)據源(yuan)源(yuan)不斷地獲取了大(da)量數(shu)(shu)據。DAMPE是以(yi)中國(guo)為(wei)主，瑞士和(he)(he)意(yi)大(da)利參與(yu)共同研發(fa)完成(cheng)的(de)(de)。DAMPE主要探(tan)測(ce)電子宇宙(zhou)射線(xian)、高(gao)(gao)能(neng)(neng)伽瑪(ma)射線(xian)和(he)(he)高(gao)(gao)達PeV的(de)(de)核(he)素宇宙(zhou)射線(xian)。它(ta)具(ju)有能(neng)(neng)量分(fen)(fen)辨(bian)率高(gao)(gao)，測(ce)量能(neng)(neng)量范圍大(da)和(he)(he)本(ben)底抑制(zhi)能(neng)(neng)力強三大(da)優點。
DAMPE的(de)性能優(you)勢和(he)它的(de)結構設計(ji)緊密相關。暗物質粒(li)子探(tan)測(ce)衛星的(de)探(tan)測(ce)器(qi)(qi)由4部分組成，分別(bie)是：塑閃陣列探(tan)測(ce)器(qi)(qi)、硅陣列探(tan)測(ce)器(qi)(qi)、BGO量能器(qi)(qi)以及中子探(tan)測(ce)器(qi)(qi)。
塑(su)閃陣列探測器的(de)主要功能(neng)是測量入(ru)射(she)宇宙線的(de)電(dian)(dian)荷以區分不(bu)同核素(su)，也有可區分高能(neng)電(dian)(dian)子和(he)伽瑪射(she)線。高能(neng)帶(dai)電(dian)(dian)粒子在穿過(guo)塑(su)料(liao)閃爍體(ti)時，通過(guo)電(dian)(dian)離和(he)發(fa)射(she)輻(fu)射(she)（光(guang)(guang)子）的(de)方式損失能(neng)量。沉積的(de)能(neng)量轉化為熒光(guang)(guang)，被(bei)兩端的(de)光(guang)(guang)電(dian)(dian)倍(bei)增(zeng)管(guan)轉化為電(dian)(dian)信(xin)號，經倍(bei)增(zeng)電(dian)(dian)極(ji)放大后讀出。塑(su)閃陣列探測器主要由蘭(lan)州近(jin)代(dai)物理研究(jiu)所負(fu)責研制。
硅(gui)(gui)陣列(lie)探(tan)(tan)測(ce)器(qi)的(de)(de)主要功能是(shi)測(ce)量入射宇(yu)宙(zhou)線粒子(zi)(zi)的(de)(de)方向(xiang)和電荷。硅(gui)(gui)陣列(lie)探(tan)(tan)測(ce)器(qi)由6大層(ceng)(ceng)(ceng)硅(gui)(gui)微條探(tan)(tan)測(ce)器(qi)上(shang)下層(ceng)(ceng)(ceng)疊(die)排布而成。同(tong)時(shi)在(zai)第1/2、2/3和3/4層(ceng)(ceng)(ceng)之間(jian)各有一(yi)塊鎢(wu)板。高(gao)(gao)能光子(zi)(zi)在(zai)穿過(guo)鎢(wu)板時(shi)以(yi)較高(gao)(gao)的(de)(de)概(gai)率轉化為正(zheng)負電子(zi)(zi)對。所以(yi)光子(zi)(zi)和電子(zi)(zi)在(zai)量能器(qi)中(zhong)的(de)(de)信(xin)號(hao)是(shi)一(yi)致的(de)(de)。如果在(zai)第一(yi)層(ceng)(ceng)(ceng)沒有記錄到帶電粒子(zi)(zi)的(de)(de)信(xin)號(hao)，但在(zai)下面(mian)幾(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)記錄到信(xin)號(hao)，則入射粒子(zi)(zi)為伽(jia)瑪射線。硅(gui)(gui)陣列(lie)探(tan)(tan)測(ce)器(qi)是(shi)由中(zhong)國科(ke)學(xue)(xue)院高(gao)(gao)能物理研(yan)究(jiu)所、日內瓦大學(xue)(xue)、佩(pei)魯賈(jia)大學(xue)(xue)等單位共(gong)同(tong)研(yan)制的(de)(de)。
BGO量(liang)能器(qi)(qi)是探(tan)(tan)測(ce)器(qi)(qi)最核心的(de)(de)組(zu)成部(bu)分，其功能是測(ce)量(liang)宇(yu)宙線(xian)(xian)粒子(zi)(zi)的(de)(de)能量(liang)，并可區分宇(yu)宙線(xian)(xian)中(zhong)電子(zi)(zi)與質子(zi)(zi)。BGO晶(jing)(jing)體(ti)是一種無(wu)色透(tou)明的(de)(de)沒有(you)(you)激(ji)活劑的(de)(de)純(chun)無(wu)機閃(shan)爍體(ti)，是核物理(li)實驗(yan)中(zhong)常用(yong)的(de)(de)一種閃(shan)爍體(ti)材料。暗物質粒子(zi)(zi)探(tan)(tan)測(ce)衛(wei)星(xing)所使用(yong)的(de)(de)BGO晶(jing)(jing)體(ti)是由上海硅酸鹽(yan)研究所專門設(she)計(ji)開發(fa)的(de)(de)。BGO量(liang)能器(qi)(qi)的(de)(de)數據讀出(chu)系統有(you)(you)高達8萬路的(de)(de)電子(zi)(zi)學信(xin)號通(tong)道（也就是整個探(tan)(tan)測(ce)器(qi)(qi)有(you)(you)8萬路電子(zi)(zi)信(xin)號輸出(chu)；而且(qie)這8萬條(tiao)電子(zi)(zi)學信(xin)號通(tong)道要在1立(li)方米這樣小的(de)(de)范圍內(nei)布局完成，難度很(hen)大）。
中(zhong)(zhong)子(zi)探測器測量(liang)(liang)的(de)是宇宙線粒子(zi)在探測器上面3層中(zhong)(zhong)產生(sheng)(sheng)的(de)次級中(zhong)(zhong)子(zi)。高能(neng)電子(zi)主要是電磁簇射，產生(sheng)(sheng)的(de)中(zhong)(zhong)子(zi)數(shu)目很少，但是質(zhi)子(zi)和其他核素還會發生(sheng)(sheng)強子(zi)簇射，從而產生(sheng)(sheng)大量(liang)(liang)的(de)高能(neng)中(zhong)(zhong)子(zi)。根據這種(zhong)效(xiao)應，可(ke)以進一步區分(fen)宇宙線的(de)電子(zi)和質(zhi)子(zi)。中(zhong)(zhong)子(zi)探測器主要由中(zhong)(zhong)國科學院紫金山天文臺負責研制。
與國際(ji)上其它(ta)暗物(wu)質探測衛星相比，有三個(ge)顯著(zhu)優勢。
一是(shi)(shi)能(neng)夠測(ce)量的宇宙(zhou)線的能(neng)量非常高，可以(yi)測(ce)量到(dao)104個GeV；二是(shi)(shi)能(neng)量分辨率高，可以(yi)達到(dao)1%左右(you)，測(ce)得(de)比較準(zhun)；三是(shi)(shi)測(ce)量能(neng)量的本(ben)底比較低，也就是(shi)(shi)區分電子(zi)(zi)和(he)質子(zi)(zi)的能(neng)力非常強。
暗(an)物質粒子(zi)探測(ce)衛星是中(zhong)國(guo)第1顆(ke)空間(jian)天文衛星，它在暗(an)物質間(jian)接(jie)探測(ce)方面具(ju)有(you)較強的國(guo)際(ji)競爭力(li)，大大提升了(le)我(wo)國(guo)暗(an)物質探測(ce)水平。DAMPE的主要科(ke)學目標有(you)3個(ge)：暗(an)物質間(jian)接(jie)探測(ce)、宇宙(zhou)線(xian)物理和(he)伽馬射線(xian)天文。DAMPE已(yi)于2015年2月17日發射升空。在軌(gui)運行狀態(tai)穩定，已(yi)獲(huo)取了(le)大量數據。
DAMPE可(ke)以(yi)準確(que)測量宇(yu)宙線(xian)(xian)正負電子的(de)(de)能(neng)(neng)譜(pu)，有(you)(you)(you)望完整(zheng)測量“超(chao)出(chu)”的(de)(de)截(jie)斷行(xing)(xing)為(wei)。宇(yu)宙線(xian)(xian)正負電子“超(chao)出(chu)”的(de)(de)起源有(you)(you)(you)暗物質和天(tian)體物理(li)過(guo)程(cheng)兩(liang)(liang)類(lei)模型(xing)，所預言的(de)(de)“超(chao)出(chu)”的(de)(de)截(jie)斷行(xing)(xing)為(wei)有(you)(you)(you)顯著差異。現(xian)有(you)(you)(you)的(de)(de)數據(ju)因(yin)為(wei)只覆(fu)蓋了相對(dui)較低(di)的(de)(de)能(neng)(neng)段部分(fen)，還(huan)無法進行(xing)(xing)有(you)(you)(you)效區(qu)分(fen)這兩(liang)(liang)類(lei)模型(xing)。DAMPE有(you)(you)(you)望準確(que)測量“超(chao)出(chu)”截(jie)斷處的(de)(de)能(neng)(neng)譜(pu)，區(qu)分(fen)起源模型(xing)。此(ci)外，DAMPE還(huan)將(jiang)首次在空間得(de)到1~10 TeV的(de)(de)電子宇(yu)宙射(she)線(xian)(xian)的(de)(de)能(neng)(neng)譜(pu)、發現(xian)或限制(zhi)鄰近的(de)(de)高能(neng)(neng)電子射(she)線(xian)(xian)源。
DAMPE由于優秀的能量分辨(bian)率(lv)，在伽馬射線線譜(pu)的搜尋上有(you)望取得突(tu)破。因為(wei)對于線譜(pu)結構(gou)，能量分辨(bian)率(lv)差的話信號容易淹沒(mei)在背(bei)景噪(zao)聲之中(zhong)。在高能量分辨(bian)率(lv)的數據(ju)中(zhong)卻會表現為(wei)非常“尖”的結構(gou)。因此能量分辨(bian)率(lv)越高，就越有(you)可(ke)能在數據(ju)中(zhong)找到(dao)線譜(pu)結構(gou)。
DAMPE能(neng)(neng)夠(gou)測(ce)量高達100 TeV的(de)核子宇(yu)宙(zhou)線(xian)。地(di)面宇(yu)宙(zhou)線(xian)實驗測(ce)量能(neng)(neng)段偏高，且難以(yi)準(zhun)確區分(fen)宇(yu)宙(zhou)線(xian)的(de)各(ge)種組(zu)分(fen)。DAMPE可以(yi)實現地(di)面探測(ce)和空間探測(ce)在能(neng)(neng)譜上的(de)銜接，并且能(neng)(neng)夠(gou)區分(fen)宇(yu)宙(zhou)線(xian)組(zu)分(fen)。
天文觀測(ce)表明，宇(yu)宙(zhou)中(zhong)最重(zhong)要的(de)(de)成(cheng)分是(shi)暗物(wu)質(zhi)(zhi)(zhi)和(he)暗能(neng)(neng)量(liang)，暗物(wu)質(zhi)(zhi)(zhi)占宇(yu)宙(zhou)25%，暗能(neng)(neng)量(liang)占70%，通常所觀測(ce)到的(de)(de)普通物(wu)質(zhi)(zhi)(zhi)只占宇(yu)宙(zhou)質(zhi)(zhi)(zhi)量(liang)5%。此前(qian)，常進與外(wai)國同行合作發現(xian)一(yi)些不明來歷的(de)(de)高能(neng)(neng)電子(zi)(zi)可(ke)能(neng)(neng)是(shi)暗物(wu)質(zhi)(zhi)(zhi)粒子(zi)(zi)湮(yin)滅的(de)(de)證(zheng)據。
為了(le)進(jin)一步追尋暗物(wu)質的(de)(de)蹤跡，常進(jin)的(de)(de)科研團隊(dui)提出(chu)了(le)研制“暗物(wu)質粒子探測衛星(xing)”計劃，得到了(le)科技部和(he)中(zhong)科院的(de)(de)支持。常進(jin)介紹(shao)，在(zai)茫茫宇(yu)宙中(zhong)尋找(zhao)暗物(wu)質并(bing)非易事，傳統方(fang)法是采用大型(xing)探測器。如諾貝爾(er)獎獲得者丁肇中(zhong)教(jiao)授(shou)研制的(de)(de)阿(a)爾(er)法磁譜儀(yi)2號(hao)，探測器重達7噸。而我國正在(zai)研制的(de)(de)“暗物(wu)質粒子探測衛星(xing)”，耗資少，重量輕，希望能在(zai)暗物(wu)質探測領域取(qu)得突(tu)破。
占(zhan)宇(yu)宙(zhou)95%以上的(de)(de)暗(an)物(wu)質和暗(an)能量由萬有引(yin)力定(ding)律證實存(cun)在，卻從未被直接觀測(ce)(ce)到(dao)。暗(an)物(wu)質粒子(zi)的(de)(de)探(tan)測(ce)(ce)是國際科(ke)學前沿競爭最為激烈的(de)(de)研究領域。包括(kuo)我國在內的(de)(de)世界各國正在籌建或實施多個(ge)暗(an)物(wu)質探(tan)測(ce)(ce)實驗項(xiang)目，其(qi)研究成(cheng)果可能帶來基礎科(ke)學領域的(de)(de)重大突破(po)。
據介紹，“悟空”由四個有效載荷組(zu)成(cheng)，分別是(shi)塑閃(shan)列陣探測(ce)器(qi)、硅列陣探測(ce)器(qi)、BGO能量器(qi)和(he)中子探測(ce)器(qi)。所有探測(ce)器(qi)及(ji)電子設(she)備(bei)安(an)裝(zhuang)在1個立方米(mi)的(de)空間內，技(ji)術(shu)難度超(chao)過了(le)我(wo)國所有的(de)上天高(gao)能探測(ce)設(she)備(bei)。
此次發射的暗物質衛(wei)星全部由中(zhong)科院研制、生產。工(gong)程2011年立(li)項，造價(jia)1億美元，遠低于國外同類探測器。衛(wei)星將(jiang)在軌運行3年以上，首批科學成(cheng)果有望在6個月至1年后發布。
用于發(fa)射的長(chang)征二號丁運載火箭由中國航天科技集團公司所屬上海(hai)航天技術研究院抓(zhua)總研制，這是長(chang)征系列運載火箭的第221次飛行(xing)。
中科院國家空間(jian)科學中心(xin)主任(ren)吳(wu)季表示，暗物(wu)質粒子探(tan)(tan)測衛星(xing)的成功發(fa)(fa)射和在軌運行將(jiang)有望(wang)推動我(wo)國科學家在暗物(wu)質探(tan)(tan)測領域取得重大突破，對促(cu)進我(wo)國空間(jian)科學領域的創新發(fa)(fa)展具有重大意義。
除暗物質(zhi)衛(wei)(wei)(wei)星外，我國科學衛(wei)(wei)(wei)星系列(lie)還將(jiang)陸續(xu)發(fa)射(she)量子科學實驗(yan)衛(wei)(wei)(wei)星、實踐(jian)十(shi)號返(fan)回式(shi)科學試驗(yan)衛(wei)(wei)(wei)星、硬(ying)X射(she)線調制望遠鏡(jing)衛(wei)(wei)(wei)星。
暗物質(zhi)有多火？就連熱(re)門美劇《生活大爆炸(zha)》里的主角“謝(xie)耳(er)朵”都轉行研究(jiu)暗物質(zhi)了。
暗物質是(shi)怎么(me)被發(fa)現的(de)？20世(shi)紀30年(nian)代初，美國(guo)加州理工學院的(de)天體物理學家(jia)茲威(wei)基第一個(ge)發(fa)現，宇宙中可見物質遠(yuan)遠(yuan)不(bu)足以把(ba)宇宙連(lian)成(cheng)一片，如果不(bu)是(shi)存(cun)在一種神(shen)秘而不(bu)可見的(de)物質，星系早就分崩離(li)析。
科學家(jia)把這(zhe)種看不見(jian)的神秘物質(zhi)稱為(wei)“暗物質(zhi)”。到了20世紀70年代(dai)，多(duo)種天文(wen)觀測(ce)(ce)，比如(ru)盤(pan)星系的旋轉曲線、星系團X射線觀測(ce)(ce)、引力透鏡等都顯示了暗物質(zhi)的存(cun)在。但直(zhi)到現在還沒有確定的暗物質(zhi)信(xin)號被探測(ce)(ce)到。
暗物質(zhi)這一概念是瑞士天文學家Fritz Zwick提(ti)出的(de)(de)(de)。他(ta)在研究Coma星(xing)系(xi)(xi)(xi)團(tuan)的(de)(de)(de)時候(hou)發(fa)(fa)現根(gen)據(ju)維里(li)定理(li)計算出的(de)(de)(de)星(xing)系(xi)(xi)(xi)團(tuan)的(de)(de)(de)總質(zhi)量(liang)要遠大(da)于根(gen)據(ju)發(fa)(fa)光(guang)度(du)計算出來的(de)(de)(de)星(xing)系(xi)(xi)(xi)團(tuan)質(zhi)量(liang)，他(ta)推測星(xing)系(xi)(xi)(xi)團(tuan)中存在著大(da)量(liang)不(bu)發(fa)(fa)光(guang)的(de)(de)(de)物質(zhi)，并稱之為暗物質(zhi)。20世紀70年代，美國天文學家Vera Rubin等(deng)測量(liang)發(fa)(fa)現星(xing)系(xi)(xi)(xi)的(de)(de)(de)旋轉曲(qu)線(xian)（也就是星(xing)系(xi)(xi)(xi)中的(de)(de)(de)物質(zhi)繞中心(xin)旋轉的(de)(de)(de)速(su)度(du)與到(dao)中心(xin)距(ju)離的(de)(de)(de)關系(xi)(xi)(xi)）發(fa)(fa)現大(da)半徑處的(de)(de)(de)旋轉速(su)度(du)遠大(da)于發(fa)(fa)光(guang)物質(zhi)給出的(de)(de)(de)理(li)論預期。如(ru)果引(yin)力理(li)論正確的(de)(de)(de)話，就需要引(yin)入看不(bu)見的(de)(de)(de)物質(zhi)來提(ti)供更大(da)的(de)(de)(de)引(yin)力以束(shu)縛住速(su)度(du)如(ru)此大(da)的(de)(de)(de)物質(zhi)。
盡(jin)管暗(an)(an)(an)物(wu)質(zhi)(zhi)粒(li)子(zi)(zi)的(de)(de)確切物(wu)理性(xing)質(zhi)(zhi)仍有待進一步研究(jiu)，一般認為暗(an)(an)(an)物(wu)質(zhi)(zhi)粒(li)子(zi)(zi)具有如下性(xing)質(zhi)(zhi)：電(dian)中性(xing)、大質(zhi)(zhi)量（比質(zhi)(zhi)子(zi)(zi)重許多）、長壽命（顯著長于宇(yu)宙的(de)(de)壽命137億年）、具有正常引(yin)力相互作用。暗(an)(an)(an)物(wu)質(zhi)(zhi)粒(li)子(zi)(zi)沒有電(dian)磁相互作用和(he)強(qiang)相互作用，但可能具弱相互作用。已知的(de)(de)粒(li)子(zi)(zi)中不存在滿足這些性(xing)質(zhi)(zhi)的(de)(de)粒(li)子(zi)(zi)，這意味著暗(an)(an)(an)物(wu)質(zhi)(zhi)粒(li)子(zi)(zi)的(de)(de)研究(jiu)極(ji)可能帶來物(wu)理學的(de)(de)革命性(xing)突(tu)破。
雖(sui)然科學(xue)家們還不知道暗物(wu)質究(jiu)竟由什(shen)么構(gou)成，但通過(guo)觀測它(ta)如何影響普通物(wu)質，并模(mo)擬它(ta)的引力(li)效應，還是對它(ta)有了(le)一些了(le)解(jie)：
——宇宙中95%以(yi)上(shang)是暗(an)物質和暗(an)能量，暗(an)物質占26.8%。暗(an)物質不(bu)發(fa)光(guang)、不(bu)發(fa)出電磁(ci)波、不(bu)參(can)與電磁(ci)相互作用(yong)，它(ta)無法用(yong)任何光(guang)學或(huo)電磁(ci)觀測(ce)設備(bei)直接“看”到。
——暗物質難以探測，還在于(yu)它密(mi)度(du)小、速(su)度(du)快，難以捕捉。科學家測算，暗物質粒(li)子每秒的運(yun)動(dong)速(su)度(du)為220千米，是56式半自動(dong)步槍子彈出膛速(su)度(du)的300倍。
——暗物(wu)質(zhi)(zhi)應該來自于宇(yu)宙(zhou)大爆炸。在(zai)(zai)宇(yu)宙(zhou)早期某(mou)一個(ge)時(shi)刻，宇(yu)宙(zhou)溫度非常高，粒子能量非常強，它們劇烈(lie)碰撞(zhuang)，在(zai)(zai)這種(zhong)相互作(zuo)用下，包括(kuo)暗物(wu)質(zhi)(zhi)在(zai)(zai)內的各種(zhong)各樣(yang)的物(wu)質(zhi)(zhi)由此產(chan)生。
——宇宙的(de)(de)(de)結(jie)構(gou)與暗物質(zhi)(zhi)(zhi)有關(guan)。由(you)于暗物質(zhi)(zhi)(zhi)和它自己(ji)以及其(qi)他物質(zhi)(zhi)(zhi)不發生(sheng)除了(le)引(yin)力以外的(de)(de)(de)作用(yong)，它是促使宇宙膨脹時在自身引(yin)力下形(xing)成(cheng)特定結(jie)構(gou)的(de)(de)(de)首(shou)要物質(zhi)(zhi)(zhi)類型(xing)。暗物質(zhi)(zhi)(zhi)播下了(le)宇宙絲狀(zhuang)結(jie)構(gou)的(de)(de)(de)種子，隨后(hou)可(ke)見物質(zhi)(zhi)(zhi)才聚集在一些由(you)暗物質(zhi)(zhi)(zhi)建立起來(lai)的(de)(de)(de)引(yin)力點上，并(bing)最(zui)終形(xing)成(cheng)了(le)星(xing)系。
——暗物質對生命(ming)來(lai)說(shuo)是(shi)絕不可(ke)少的(de)。假(jia)如沒(mei)(mei)有(you)暗物質的(de)引力作用，我們所在的(de)銀(yin)河系將永(yong)遠無法在宇(yu)宙(zhou)大爆炸(zha)后的(de)膨脹過程中坍縮(suo)形成。那樣(yang)的(de)話，現在既沒(mei)(mei)有(you)太陽，也(ye)沒(mei)(mei)有(you)地球，更(geng)沒(mei)(mei)有(you)你我……
中(zhong)科院國家空間科學中(zhong)心(xin)主任(ren)吳季說，由于人類(lei)還(huan)(huan)不(bu)了解暗(an)物(wu)質，不(bu)得(de)已才稱它(ta)們“暗(an)”，一旦(dan)發(fa)現了它(ta)們是什么，并且隨著研(yan)究的深入，新發(fa)現的粒子就會有很(hen)多名字(zi)。“暗(an)”只是階段性的名字(zi)，也充分體(ti)現了人類(lei)還(huan)(huan)不(bu)了解它(ta)。
對于找到(dao)暗物質(zhi)，科(ke)學(xue)家已(yi)經等待了(le)數十年。通過一(yi)系列實驗和觀測，科(ke)學(xue)家們(men)或許距離破解暗物質(zhi)這(zhe)個(ge)宇宙謎團只有一(yi)步(bu)之遙了(le)。
現階段主(zhu)要(yao)(yao)有(you)(you)3種暗(an)(an)物質(zhi)(zhi)探(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)方(fang)案：直(zhi)接(jie)探(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)、間接(jie)探(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)和對(dui)撞(zhuang)機探(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)。直(zhi)接(jie)探(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)尋找(zhao)的(de)(de)(de)是暗(an)(an)物質(zhi)(zhi)粒子(zi)(zi)和核子(zi)(zi)碰撞(zhuang)產生的(de)(de)(de)信(xin)號。這類(lei)實(shi)驗因為要(yao)(yao)屏(ping)蔽大(da)(da)氣(qi)中帶電(dian)粒子(zi)(zi)的(de)(de)(de)影響，一般在(zai)地(di)下實(shi)驗室進(jin)(jin)行(xing)，其優(you)點是可以在(zai)地(di)面進(jin)(jin)行(xing)，造(zao)價較低。中國(guo)有(you)(you)世界(jie)上(shang)(shang)最深(shen)的(de)(de)(de)地(di)下實(shi)驗室——錦(jin)屏(ping)地(di)下實(shi)驗室，因此(ci)中國(guo)在(zai)暗(an)(an)物質(zhi)(zhi)直(zhi)接(jie)探(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)領域也取得了很大(da)(da)的(de)(de)(de)成就(jiu)，清華大(da)(da)學(xue)和上(shang)(shang)海交通大(da)(da)學(xue)各(ge)自獨立進(jin)(jin)行(xing)暗(an)(an)物質(zhi)(zhi)直(zhi)接(jie)探(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)實(shi)驗項目。對(dui)撞(zhuang)機探(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)主(zhu)要(yao)(yao)是尋找(zhao)高能(neng)粒子(zi)(zi)對(dui)撞(zhuang)產生的(de)(de)(de)無(wu)法被探(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)器(qi)探(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)的(de)(de)(de)暗(an)(an)物質(zhi)(zhi)粒子(zi)(zi)引發的(de)(de)(de)能(neng)量動(dong)量不(bu)守恒過(guo)程(cheng)。這類(lei)探(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)都是在(zai)大(da)(da)型高能(neng)對(dui)撞(zhuang)機上(shang)(shang)進(jin)(jin)行(xing)，造(zao)價高昂(ang)，技術難度大(da)(da)。間接(jie)探(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)主(zhu)要(yao)(yao)通過(guo)研究探(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)銀河系(xi)內的(de)(de)(de)暗(an)(an)物質(zhi)(zhi)粒子(zi)(zi)湮(yin)滅產生的(de)(de)(de)普通粒子(zi)(zi)，信(xin)號在(zai)宇(yu)宙線能(neng)譜上(shang)(shang)變(bian)現為各(ge)種“超出”或者“鼓包”。因為大(da)(da)氣(qi)對(dui)宇(yu)宙線的(de)(de)(de)屏(ping)蔽作(zuo)用，這類(lei)實(shi)驗需要(yao)(yao)發射(she)空(kong)間探(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)器(qi)在(zai)大(da)(da)氣(qi)層進(jin)(jin)行(xing)探(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)。國(guo)際上(shang)(shang)正在(zai)運行(xing)的(de)(de)(de)空(kong)間科學(xue)衛星有(you)(you)費米大(da)(da)天區望遠鏡（Fermi-LAT），阿爾法磁譜儀2（AMS-02）、電(dian)子(zi)(zi)對(dui)望遠鏡（CALET）和中國(guo)的(de)(de)(de)暗(an)(an)物質(zhi)(zhi)粒子(zi)(zi)探(tan)(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)衛星DAMPE。
成功發射
2015年12月17日(ri)8時(shi)12分，我(wo)國在酒泉衛(wei)星(xing)(xing)發(fa)射(she)中(zhong)心(xin)用長征二號丁運載火箭丁成功將(jiang)暗(an)物質粒子探測(ce)衛(wei)星(xing)(xing)“悟空”發(fa)射(she)升空，衛(wei)星(xing)(xing)順利(li)進入預定轉移軌道。此次發(fa)射(she)任務(wu)圓滿成功，標志著我(wo)國空間科學研究邁出重要(yao)一(yi)步。
“悟空”肩負著去太空尋找暗物質存在證據的使命，它(ta)擁有“火眼(yan)金睛”，觀測能段、能量分辨率超過(guo)國際上其他同類探(tan)測器，可(ke)謂“神通廣大(da)”，有望在物理學前(qian)沿(yan)帶來(lai)重大(da)突破(po)。
暗物(wu)(wu)質(zhi)和暗能量被科學家(jia)們(men)稱為“籠罩在21世紀物(wu)(wu)理學上的兩朵(duo)烏云”。中國和世界(jie)各國已著手籌建或實施多個(ge)暗物(wu)(wu)質(zhi)探測實驗項(xiang)目，其研究(jiu)成果可能帶來基(ji)礎科學領域的重(zhong)大突破。
正式命名
暗(an)(an)物(wu)質(zhi)粒(li)子探(tan)測衛星公開(kai)征名活動由人民(min)網和(he)(he)中國科(ke)(ke)學院國家(jia)空間(jian)科(ke)(ke)學中心、中國科(ke)(ke)學院紫金山天文臺和(he)(he)共同主辦，自2015年9月底上線以來，共收到(dao)有效名稱方(fang)案32517個。在數(shu)據統計的基礎上，經過專家(jia)評委投票(piao)，由中科(ke)(ke)院批準(zhun)，將暗(an)(an)物(wu)質(zhi)粒(li)子探(tan)測衛星正式命名為“悟空”。
將暗物質(zhi)粒子探測衛(wei)星命名(ming)為“悟空(kong)”，符合將科(ke)學衛(wei)星以神話形象命名(ming)的(de)(de)做(zuo)法，如美國的(de)(de)阿(a)波羅(luo)、歐洲的(de)(de)尤利(li)西斯(si)、中國的(de)(de)玉(yu)兔等。這(zhe)樣做(zuo)可以借助傳(chuan)統文化(hua)，提(ti)升我國公眾科(ke)學素養，吸引青(qing)少年熱愛科(ke)學、探索(suo)未知。
“悟(wu)(wu)空(kong)(kong)(kong)”是(shi)中國古典名著《西游(you)記》中齊天大圣(sheng)的名字，“悟(wu)(wu)”有(you)領(ling)(ling)悟(wu)(wu)的意(yi)思(si)，“悟(wu)(wu)空(kong)(kong)(kong)”有(you)領(ling)(ling)悟(wu)(wu)、探索太空(kong)(kong)(kong)之意(yi)；另一(yi)方面，“悟(wu)(wu)空(kong)(kong)(kong)”的火眼金睛，猶(you)如(ru)暗(an)物質(zhi)粒子探測衛(wei)星(xing)的探測器(qi)，可(ke)以(yi)在茫(mang)茫(mang)太空(kong)(kong)(kong)中，識別暗(an)物質(zhi)的蹤影。
成立科學組
2015年(nian)10月29日至31日，由中(zhong)國(guo)科(ke)學(xue)(xue)(xue)院紫金山天文臺(tai)主辦的第四屆暗物質探測衛星（DAMPE）研(yan)討會在南(nan)京召開。來(lai)自DAMPE主要(yao)研(yan)制(zhi)單位(wei)中(zhong)國(guo)科(ke)學(xue)(xue)(xue)院紫金山天文臺(tai)、高能物理(li)研(yan)究(jiu)所(suo)、近代物理(li)研(yan)究(jiu)所(suo)、國(guo)家(jia)空間科(ke)學(xue)(xue)(xue)中(zhong)心和中(zhong)國(guo)科(ke)學(xue)(xue)(xue)技術大(da)(da)(da)學(xue)(xue)(xue)以及國(guo)際(ji)合作單位(wei)瑞(rui)士日內瓦大(da)(da)(da)學(xue)(xue)(xue)、意大(da)(da)(da)利國(guo)家(jia)核(he)物理(li)研(yan)究(jiu)所(suo)、佩魯賈大(da)(da)(da)學(xue)(xue)(xue)、巴里大(da)(da)(da)學(xue)(xue)(xue)、薩倫托大(da)(da)(da)學(xue)(xue)(xue)以及美國(guo)麻(ma)省理(li)工學(xue)(xue)(xue)院等單位(wei)50余位(wei)專(zhuan)家(jia)學(xue)(xue)(xue)者參(can)加了此(ci)次會議。
研討(tao)(tao)會(hui)期間，常進(jin)正(zheng)式宣布暗物(wu)質(zhi)粒子探測衛星科學(xue)(xue)合(he)作組(zu)(zu)(zu)成立(li)。科學(xue)(xue)合(he)作組(zu)(zu)(zu)在DAMPE科學(xue)(xue)應用(yong)系統組(zu)(zu)(zu)織下(xia)，負責DAMPE探測器運行(xing)及(ji)實驗數據(ju)的(de)(de)刻度、重建(jian)、物(wu)理(li)分析。合(he)作組(zu)(zu)(zu)推舉了(le)組(zu)(zu)(zu)織委員(yuan)會(hui)（IB）和(he)執行(xing)委員(yuan)會(hui)（EB），下(xia)設運行(xing)組(zu)(zu)(zu)、軟件(jian)組(zu)(zu)(zu)、技術組(zu)(zu)(zu)、物(wu)理(li)分析組(zu)(zu)(zu)和(he)科學(xue)(xue)顧問組(zu)(zu)(zu)。會(hui)議最(zui)后(hou)，科學(xue)(xue)應用(yong)系統還對(dui)DAMPESW軟件(jian)的(de)(de)研發狀態和(he)分工進(jin)行(xing)討(tao)(tao)論及(ji)確定，為衛星成功發射(she)后(hou)的(de)(de)數據(ju)處(chu)理(li)及(ji)分析、科學(xue)(xue)目標(biao)的(de)(de)實施奠定了(le)基礎(chu)。
完成束流實驗
中(zhong)國科(ke)學(xue)院(yuan)空間戰略先導專項(xiang)“暗(an)物質(zhi)(zhi)粒子探測衛星(xing)”有效載荷——DAMPE粒子探測譜(pu)儀初樣鑒(jian)定件(jian)在(zai)歐洲核子研究中(zhong)心（CERN）進(jin)行(xing)了(le)為期20天的(de)束流測試和(he)標(biao)定實驗。實驗驗證(zheng)(zheng)了(le)DAMPE譜(pu)儀的(de)能(neng)量響應線性(xing)、能(neng)量分辨等關鍵指標(biao)，取得圓滿成(cheng)(cheng)功(gong)。此次DAMPE譜(pu)儀鑒(jian)定件(jian)在(zai)CERN的(de)束流實驗，是整個暗(an)物質(zhi)(zhi)粒子探測衛星(xing)研制中(zhong)必不可缺少的(de)一環，其成(cheng)(cheng)功(gong)完成(cheng)(cheng)，驗證(zheng)(zheng)了(le)DAMPE譜(pu)儀的(de)軟(ruan)、硬件(jian)功(gong)能(neng)完備(bei)正確、系統工作可靠、科(ke)學(xue)探測數據(ju)可信、性(xing)能(neng)達標(biao)；并為正樣飛行(xing)件(jian)在(zai)軌(gui)運行(xing)物理(li)數據(ju)的(de)分析提(ti)供了(le)依據(ju)，保(bao)證(zheng)(zheng)了(le)未來(lai)科(ke)學(xue)成(cheng)(cheng)果的(de)可信度。
完成測(ce)試在軌(gui)交付
2016年3月17日，我國空(kong)間科學系列(lie)首發星暗物質粒子探測(ce)衛星“悟(wu)空(kong)”圓滿完成三個月的在軌測(ce)試任務，順(shun)利交付(fu)用戶單位(wei)。
經過(guo)三個月的(de)(de)在軌測(ce)(ce)試(shi)，衛(wei)星的(de)(de)四大科學(xue)載荷——塑閃(shan)陣列探(tan)測(ce)(ce)器(qi)、硅陣列探(tan)測(ce)(ce)器(qi)、BGO量能(neng)器(qi)和中子探(tan)測(ce)(ce)器(qi)功能(neng)性(xing)能(neng)穩定，上(shang)注(zhu)至(zhi)衛(wei)星的(de)(de)全部(bu)指令(ling)均(jun)正確執行(xing)，星地鏈路通暢，完成了所有(you)既定的(de)(de)測(ce)(ce)試(shi)項目，衛(wei)星各項技術指標達到或(huo)超過(guo)了預期。
國外現狀
直(zhi)接探測(ce)測(ce)量(liang)的是暗物質粒子(zi)和原子(zi)核碰撞后原子(zi)核的反(fan)(fan)沖(chong)信(xin)號(hao)。核反(fan)(fan)沖(chong)信(xin)號(hao)一般(ban)通過測(ce)量(liang)聲子(zi)、光和電(dian)荷這三類信(xin)號(hao)獲得(de)。國(guo)際上(shang)已經(jing)開展(zhan)的實驗有很多(duo)，如Xenon，CoGeNT ，CDMS ，DAMA等。
中(zhong)國(guo)科(ke)學(xue)(xue)院遙(yao)感(gan)與數(shu)字地球所所屬(shu)的中(zhong)國(guo)遙(yao)感(gan)衛星地面站(zhan)喀什(shen)站(zhan)已(yi)于12月20日8時45分成功跟蹤、接(jie)收(shou)到我國(guo)首顆暗物質粒子探(tan)測(ce)衛星“悟(wu)空(kong)(kong)”的首軌X頻段下行數(shu)據(ju)，到8時52分完成任務數(shu)據(ju)的接(jie)收(shou)、記錄，并傳(chuan)輸至中(zhong)國(guo)科(ke)學(xue)(xue)院國(guo)家空(kong)(kong)間科(ke)學(xue)(xue)中(zhong)心。這一成功接(jie)收(shou)，標志著“悟(wu)空(kong)(kong)”和地面站(zhan)星地之(zhi)間的數(shu)據(ju)傳(chuan)輸鏈路(lu)正式開通(tong)。
2015年12月24日17時55分，我國科(ke)(ke)學(xue)衛星系列首發星——暗物質粒子(zi)探測(ce)衛星“悟空”升(sheng)空后第(di)(di)7天，經衛星平臺測(ce)試、有效載荷管理器加電測(ce)試、科(ke)(ke)學(xue)探測(ce)器高壓加電測(ce)試后，第(di)(di)一批科(ke)(ke)學(xue)數(shu)據(ju)成功下傳至中科(ke)(ke)院國家(jia)空間(jian)科(ke)(ke)學(xue)中心空間(jian)科(ke)(ke)學(xue)任務大(da)廳。
接(jie)收到的(de)數(shu)據顯示，暗物質衛星(xing)(xing)的(de)四大科學(xue)載荷(he)：塑(su)閃陣列探(tan)測(ce)(ce)(ce)器、硅陣列探(tan)測(ce)(ce)(ce)器、BGO量能器、中(zhong)子探(tan)測(ce)(ce)(ce)器探(tan)測(ce)(ce)(ce)到的(de)高(gao)能電子和伽馬射線計數(shu)與(yu)地面預測(ce)(ce)(ce)計數(shu)率一(yi)致(zhi)，表明暗物質衛星(xing)(xing)的(de)有效載荷(he)已開始(shi)正常工作。
2016年3月17日，我國(guo)空(kong)間科學系列首發星(xing)暗(an)物質(zhi)粒子探測衛星(xing)“悟空(kong)”圓滿完(wan)成(cheng)(cheng)(cheng)三個月的(de)在軌測試任(ren)務，順利交(jiao)付用(yong)戶單位(wei)。暗(an)物質(zhi)衛星(xing)自(zi)2015年12月20日接收到(dao)第一幀數(shu)(shu)傳數(shu)(shu)據(ju)(ju)以(yi)來，衛星(xing)地面支撐系統累計接收數(shu)(shu)據(ju)(ju)494軌，累計接收原始數(shu)(shu)據(ju)(ju)文件約(yue)2.4TB，生成(cheng)(cheng)(cheng)科學數(shu)(shu)據(ju)(ju)產品41類(lei)，總計110606個，數(shu)(shu)據(ju)(ju)產品總量(liang)約(yue)5.5TB。截至2016年3月17日，暗(an)物質(zhi)衛星(xing)在軌飛行92天，共(gong)探測到(dao)4.6億個高(gao)能(neng)粒子，完(wan)成(cheng)(cheng)(cheng)了三分(fen)之二天區的(de)掃描。
2021年(nian)9月7日，國(guo)家空(kong)間(jian)科學數據中心與中國(guo)科學院紫金山(shan)天文臺聯合公開發(fa)布“悟空(kong)”號(hao)暗物(wu)質(zhi)粒子探測(ce)衛星首(shou)批伽馬光子科學數據。
超(chao)大(da)質量(liang)黑(hei)洞是宇(yu)宙(zhou)中廣泛存(cun)在(zai)的(de)一類(lei)天體，它(ta)們的(de)質量(liang)是太陽的(de)幾十(shi)萬至數百(bai)億倍，幾乎在(zai)每個(ge)大(da)星系、包括人(ren)類(lei)身處的(de)銀河系中心，都存(cun)在(zai)至少一個(ge)這(zhe)樣的(de)黑(hei)洞。有(you)些(xie)巨型黑(hei)洞在(zai)宇(yu)宙(zhou)極早期(qi)就已經存(cun)在(zai)，它(ta)們如何形(xing)成、演變、反(fan)作用(yong)于(yu)星系，至今仍是未解之謎。但(dan)人(ren)類(lei)研究這(zhe)些(xie)碩大(da)的(de)“宇(yu)宙(zhou)妖(yao)怪”并非(fei)毫(hao)無辦法(fa)。
科學家已經發(fa)現(xian)，有一(yi)部分(fen)超大(da)質量黑洞并(bing)非一(yi)直悄無聲(sheng)息，而(er)會肆無忌(ji)憚地(di)“大(da)吃(chi)大(da)喝”：它們吞噬的物(wu)質聚集形(xing)成(cheng)吸積(ji)盤、并(bing)且產生強有力的噴流，使黑洞表現(xian)得異(yi)常明亮。這一(yi)類天體也被稱作(zuo)活(huo)動(dong)星(xing)系核，它們正是人類解開黑洞之謎(mi)的鑰匙。
CTA 102就是(shi)一(yi)個著名(ming)的活(huo)動星(xing)系(xi)核。它于1963年被首(shou)次發現，其(qi)黑洞質量(liang)約為太陽的8.5億(yi)倍，與太陽系(xi)距離約為80億(yi)光年。科學記錄(lu)顯(xian)示(shi)，CTA 102上一(yi)次比較劇烈的活(huo)動發生在2012年。
我國于(yu)2015年底發射的(de)(de)暗物質(zhi)(zhi)粒子探(tan)測衛星(xing)(xing)“悟空”，主要目(mu)標就是(shi)(shi)通(tong)過空間(jian)觀測宇(yu)宙(zhou)射線和伽(jia)馬(ma)射線，來探(tan)索宇(yu)宙(zhou)暗物質(zhi)(zhi)和類(lei)似黑洞(dong)這(zhe)(zhe)樣的(de)(de)宇(yu)宙(zhou)“妖怪”。紫金(jin)山天文臺(tai)暗物質(zhi)(zhi)衛星(xing)(xing)團(tuan)隊(dui)介紹(shao)，自2016年10月以(yi)來，“悟空”頻繁(fan)捕捉(zhuo)到來自CTA 102的(de)(de)伽(jia)馬(ma)射線輻射。特別是(shi)(shi)11月23日以(yi)后，“悟空”記錄到明顯增強的(de)(de)伽(jia)馬(ma)射線爆(bao)發現象(xiang)，這(zhe)(zhe)一爆(bao)發在12月16日達到峰值。記錄到的(de)(de)最(zui)高光子能量(liang)約620億電子伏特，相當于(yu)靜止質(zhi)(zhi)子等(deng)效能量(liang)的(de)(de)66倍。
這(zhe)一觀測結果也(ye)得到其他設備的印證。紫(zi)金山天(tian)文臺1米(mi)近地天(tian)體巡天(tian)望遠(yuan)鏡也(ye)觀測到CTA 102的此輪爆發。根據望遠(yuan)鏡記錄(lu)，2016年6月18日至12月20日之間，CTA 102亮度持續增(zeng)強(qiang)。
2016年12月29日，中(zhong)科院紫金山(shan)天(tian)文臺(tai)通報，暗(an)物質粒子探測衛(wei)星“悟空”近兩個月內頻(pin)繁記錄到來自超大質量黑洞(dong)CTA 102的(de)伽馬(ma)射線爆發。這是暗(an)物質衛(wei)星科研團隊自衛(wei)星上天(tian)后首次(ci)發布觀測成果。“悟空”觀測到的(de)現象表明，黑洞(dong)CTA 102正(zheng)經歷新(xin)一輪活躍期。
“CTA 102是‘“悟空”’捕獲(huo)的(de)第一個‘小妖’，我們將持(chi)續監測(ce)它的(de)活動。相信(xin)借(jie)助‘“悟空”’的(de)火眼金睛(jing)，未來還能(neng)‘抓獲(huo)’更多的(de)‘宇(yu)宙妖怪’，為人類認識(shi)宇(yu)宙萬象提供(gong)有力的(de)幫(bang)助。”暗物質衛星項目團隊成員(yuan)徐遵磊說。
2017年11月30日，國際權威學(xue)術期刊《自然》在(zai)線發(fa)(fa)表，暗物質(zhi)粒(li)子探(tan)測(ce)衛星“悟空”有充分數據(ju)證實，在(zai)太空中測(ce)量到了電子宇宙射線的一處異常波動(dong)(dong)。這一波動(dong)(dong)此前(qian)從未被觀測(ce)到，意味著中國科學(xue)家取得一項(xiang)開創性(xing)發(fa)(fa)現，且有可能與暗物質(zhi)相關。
2021年5月19日，中國暗物質(zhi)衛星項目(mu)團隊公布科學(xue)成果(guo)。基于(yu)四年半的在(zai)軌觀測數據，“悟(wu)空”繪出迄今最精確的高能(neng)氦原子核(he)宇宙射(she)線能(neng)譜(pu)，并觀察到能(neng)譜(pu)新結(jie)構。這(zhe)一發(fa)現(xian)可能(neng)預(yu)示(shi)存在(zai)一處未知的宇宙射(she)線源。
2021年(nian)5月(yue)19日(ri)，中科院紫(zi)金山(shan)天文臺發布“悟空”號最新研究成果：獲得(de)氦核宇宙線70 GeV至80 TeV能(neng)(neng)(neng)段的(de)(de)(de)精(jing)(jing)確能(neng)(neng)(neng)譜(pu)測(ce)量(liang)結(jie)(jie)果并(bing)發現能(neng)(neng)(neng)譜(pu)新結(jie)(jie)構(gou)。這(zhe)是國際(ji)上利用空間實(shi)驗(yan)實(shi)現對(dui)10 TeV以(yi)(yi)上能(neng)(neng)(neng)段氦核宇宙線能(neng)(neng)(neng)譜(pu)的(de)(de)(de)首次(ci)精(jing)(jing)確測(ce)量(liang)。“悟空”號的(de)(de)(de)結(jie)(jie)果對(dui)揭示高能(neng)(neng)(neng)宇宙線的(de)(de)(de)起源以(yi)(yi)及(ji)加(jia)速(su)機制具有十分(fen)重(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)意(yi)義(yi)。
2021年9月(yue)7日(ri)，國(guo)(guo)家空間(jian)科(ke)(ke)學(xue)(xue)數(shu)據(ju)(ju)(ju)中心與中國(guo)(guo)科(ke)(ke)學(xue)(xue)院紫金山(shan)天文臺(tai)(tai)聯合公(gong)(gong)開(kai)(kai)發(fa)(fa)布(bu)(bu)“悟空”號(hao)暗(an)物質粒(li)子探測(ce)衛星首批伽馬光(guang)子科(ke)(ke)學(xue)(xue)數(shu)據(ju)(ju)(ju)。此(ci)次公(gong)(gong)開(kai)(kai)發(fa)(fa)布(bu)(bu)2016年1月(yue)1日(ri)-2018年12月(yue)31日(ri)的伽馬光(guang)子科(ke)(ke)學(xue)(xue)數(shu)據(ju)(ju)(ju)（共計99864個事例），以及(ji)與其相(xiang)關的衛星狀態文件（共計1096條記錄(lu)）。相(xiang)關科(ke)(ke)學(xue)(xue)數(shu)據(ju)(ju)(ju)可通過國(guo)(guo)家空間(jian)科(ke)(ke)學(xue)(xue)數(shu)據(ju)(ju)(ju)中心或(huo)中國(guo)(guo)科(ke)(ke)學(xue)(xue)院紫金山(shan)天文臺(tai)(tai)獲取。后續，研究單位將持續發(fa)(fa)布(bu)(bu)伽馬光(guang)子科(ke)(ke)學(xue)(xue)數(shu)據(ju)(ju)(ju)，開(kai)(kai)展數(shu)據(ju)(ju)(ju)分析與應(ying)用技術(shu)及(ji)工具的研發(fa)(fa)，為公(gong)(gong)眾提供更(geng)多(duo)樣、更(geng)精細、更(geng)透明的數(shu)據(ju)(ju)(ju)共享與應(ying)用服(fu)務(wu)。
2017年12月底，“悟(wu)空”號衛(wei)星出現的一場意外狀(zhuang)況，導致其接收到的數據量突然銳減；經過30名隊(dui)友19個小時的緊張忙碌，“悟(wu)空”號恢復正常。
2015年(nian)(nian)12月17日升(sheng)空工作，原計劃(hua)在(zai)(zai)天運行3年(nian)(nian)，但““悟空”將延(yan)期服役至(zhi)2020年(nian)(nian)。2019年(nian)(nian)10月，暗物(wu)質(zhi)衛(wei)星首席科學(xue)家常進說，衛(wei)星在(zai)(zai)軌運行近4年(nian)(nian)來，各(ge)有效載荷(he)運行良好，已總計獲取(qu)約70億個(ge)粒子(zi)的信(xin)息，關(guan)鍵(jian)科學(xue)工作正在(zai)(zai)持(chi)續推進。從研(yan)究(jiu)成果來看，與國際同類探測器比(bi)較，“悟空”繪出(chu)的質(zhi)子(zi)宇宙線(xian)能譜，在(zai)(zai)1-100 TeV能段精度最高(gao)(gao)，其能量上限，比(bi)著名物(wu)理學(xue)家丁肇(zhao)中領導的阿爾法磁譜儀(yi)實(shi)驗高(gao)(gao)出(chu)約50倍(bei)，比(bi)日本學(xue)者領銜的量能器電子(zi)望遠鏡實(shi)驗高(gao)(gao)出(chu)10倍(bei)。
““悟空”將(jiang)(jiang)延期服役至2020年，同(tong)時我們(men)也已經在為下一代空間(jian)高能(neng)(neng)伽馬和粒子探測(ce)實(shi)驗做準備。”范(fan)一中(zhong)透(tou)露(lu)，團隊已經在開展關鍵(jian)技術預(yu)研，新的探測(ce)器將(jiang)(jiang)改(gai)進設計，強化低(di)能(neng)(neng)粒子篩選能(neng)(neng)力和伽馬射線探測(ce)能(neng)(neng)力等，預(yu)計總(zong)探測(ce)效能(neng)(neng)達到10倍(bei)以(yi)上。
“悟(wu)空(kong)”號的設計壽命為(wei)3年，探測器及衛(wei)星平臺運(yun)行(xing)(xing)狀態(tai)(tai)良好，已于2019年1月(yue)正式進行(xing)(xing)首(shou)次(ci)(ci)延壽運(yun)行(xing)(xing)，為(wei)期2年。基于“悟(wu)空(kong)”號優(you)異的工作(zuo)狀態(tai)(tai)，有望再次(ci)(ci)延壽運(yun)行(xing)(xing)。
2020年(nian)(nian)12月17日，暗物質粒(li)子探測(ce)衛(wei)星“悟空”科研團隊宣(xuan)布，鑒于衛(wei)星運行(xing)情(qing)況(kuang)良好，項目(mu)團隊已與各保障部門商定，再次將其(qi)“服役期(qi)”延長1年(nian)(nian)。
歲(sui)月靜好(hao)
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