媒體報導---暗物質粒子探測衛星工程

2021-01-08 中國科學院

  12月17日8時12分,中國在酒泉衛星發射中心用長徵二號丁運載火箭成功將暗物質粒子探測衛星「悟空」發射升空,衛星順利進入預定轉移軌道。中新社記者 張素 攝

  得名於中國古典名著《西遊記》裡的孫悟空,中國暗物質粒子探測衛星「悟空」17日在酒泉成功發射。記者綜觀此「悟空」誕生始末,與家喻戶曉的「美猴王」倒真有幾分相似。

  「悟空」出世

  《西遊記》開篇云:「有一座花果山,山上有一仙石,石產一卵,見風化一石猴,在那裡拜四方。」

  暗物質粒子探測衛星「悟空」始於2011年1月11日正式啟動的首批戰略性先導科技專項。該衛星首席科學家常進介紹,衛星體積為1.5米×1.5米×1.2米,整星質量1.85噸,從頂部到底部主要由塑閃陣列探測器、矽陣列探測器、BGO量能器和中子探測器構成,「四種探測器一層層組裝,像是一個倒立的四層蛋糕」。

  為提升該衛星的關注度,科學家們通過網絡公開徵名,共收到有效名稱方案32517個。在數據統計的基礎上經過專家評委投票,由中國科學院批准,正式命名為「悟空」。

  來自寧波市天文愛好者協會的林磊是「悟空」提名者之一,他解釋「既藉助孫悟空的『火眼金睛』形容探測器識別暗物質,也因『悟空』與『嫦娥』、『天宮』一樣均是明顯的中國符號」。

  神通廣大

  傳聞孫悟空拜菩提祖師為師,習得七十二變、筋鬥雲等技藝。「悟空」暗物質粒子探測衛星也不遑多讓。常進說,衛星有效載荷達1.4噸,整體結構複雜,共包含近8萬路電子學信號通道,「這是迄今為止觀測能段範圍最寬、能量解析度最優的空間探測器」。

  暗物質粒子探測衛星工程衛星系統總師李華旺說,四種探測器各有所長。比如塑閃陣列探測器採用了中國自主研製的世界最大閃爍體,BGO量能器裡有308根中國科學家培養出的世界最長BGO晶體。

  「悟空」的本領已得到多方肯定。在方案階段至正樣階段,它曾赴歐洲核子中心進行了4次束流標定試驗。衛星系統副總設計師安琪形容這個過程「就像是拿自己的秤去國家計量單位校準」,最終確定「悟空」觀測能段範圍覆蓋0.5GeV—10TeV。

  「悟空」還很「物美價廉」。它的研製費用是已有的阿爾法磁譜儀2號的1/20,是美國FERMI衛星的1/7。

  飛天取經

  《西遊記》裡的孫悟空隨唐僧歷經九九八十一難,從西天取得真經。「悟空」暗物質粒子探測衛星也承載重任,要到茫茫宇宙求證暗物質的存在。

  12月17日,「悟空」搭乘長徵二號丁型火箭順利升空,進入高約500千米的太陽同步軌道。李華旺說,接下來將進行衛星在軌測試,「對載荷進行在軌數據測量,確保傳下來的數據都是真實準確的」。

  根據設想,衛星將圍繞地球旋轉,四層科學探測器面朝太空,全面接受來自四面八方的高能電子和伽馬射線。它日均觀測500萬個高能粒子,每日傳回數據量約16G。

  「衛星將觀測暗物質粒子和暗物質粒子相互作用。」常進說,比如暗物質湮滅或衰變的產物,反推暗物質的物理性質及空間分布。常進曾研製出小探測器,搭載長期停留大氣層上空的氣球,觀測到高能譜段的「奇異現象」。他期待「悟空」在太空積累更多數據,一旦勾勒出的「伽馬射線能譜」反映出與以往類似的譜線極段等特徵,意味著獲得暗物質粒子存在的強有力證據。

  鬥戰勝佛

  「看到『悟空』這名字,『天宮一號』肯定心情複雜。」有網友借用「孫猴子大鬧天宮」的典故說。不過細讀《西遊記》可知,孫悟空的結局功德圓滿,獲封「鬥戰勝佛」,也就是「最高的悟道者」。

  在科學家們看來,發射「悟空」及空間科學先導專項系列衛星並不是要與其他進行空間探索的國家「爭霸」,而是源於高技術發展和經濟轉型的內在動力。「空間科學領域的創新是我國創新驅動發展不可或缺的一部分。」中國科學院國家空間科學中心主任吳季說,空間科學對航天技術、經濟社會帶來的推動作用顯而易見。

  根據相應的數據發布辦法,「悟空」及其它科學衛星所獲數據將會共享。「難以想像如果沒有中國的參與,空間天文學領域能否在未來發展得更好。」曾因發現宇宙加速膨脹而獲得2011年諾貝爾物理學獎的天文學家布萊恩·施密特在受訪時說,他期待與中國及世界各國的空間科學家一起探索宇宙,使科學界乃至人類社會最終受益。

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    強調一下這裡的詭異,暗物質不發生電磁作用,意味著可見光、紅外線、X光、雷達波等等都無法探測,但這貨卻實打實與實物粒子發生了碰撞,典型的「看不見卻摸得著」,這事在我們這兒俗稱「見鬼」。這套路算比較高端了,暗物質目前連影子都沒有,所以不太高端的間接測量也備受熱寵。
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    本文原標題:《刷新暗物質探測靈敏度!清華主導的CDEX暗物質實驗合作組取得世界領先成果》清華大學主導的中國暗物質實驗(China Dark matter EXperiment, CDEX)合作組利用一種國際首創的高純鍺探測系統,在一定範圍內將暗物質直接探測靈敏度提高到目前國際最高水平。
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