中科院公布重大科學(xué)發(fā)現(xiàn) 經(jīng)悟空衛(wèi)星的500余天的探尋終有結(jié)果
2015年12月17日，長征二號(hào)丁運(yùn)載火箭發(fā)射升空，將中國首顆暗物質(zhì)探測衛(wèi)星“悟空”送上500公里預(yù)定軌道。近兩年后的2017年11月27日，中科院召開關(guān)于暗物質(zhì)衛(wèi)星科學(xué)重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)新聞發(fā)布會(huì)，紫金山天文臺(tái)副臺(tái)長、暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星首席科學(xué)家常進(jìn)向媒體介紹了首批科學(xué)成果和新發(fā)現(xiàn)。 中科院院長白春禮在發(fā)布會(huì)上表示，也許在人類科學(xué)發(fā)展的歷史上，大家會(huì)記住今天，中國科學(xué)家已經(jīng)從自然科學(xué)前沿重大發(fā)現(xiàn)和理論的學(xué)習(xí)者、繼承者、圍觀者，逐漸走到了舞臺(tái)中央。 什么是暗物質(zhì)？萬有引力定律證實(shí)“暗物質(zhì)”存在，但從未被直接觀測到。天文觀測表明，宇宙中的暗物質(zhì)是人類目前熟悉的普通物質(zhì)（也就是標(biāo)準(zhǔn)粒子物理模型能解釋的物質(zhì)）的5倍，其物理本質(zhì)是目前國際上粒子物理和天體物理領(lǐng)域的最重大問題之一。
白春禮在發(fā)布會(huì)上說，我們對(duì)宇宙的認(rèn)知還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，這些看不見的物質(zhì)就被暫時(shí)稱為暗物質(zhì)。發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)，就自然成為了重大的科學(xué)前沿。 暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空”（DAMPE）的核心使命，就是在宇宙線和伽馬射線輻射中尋找暗物質(zhì)粒子存在的證據(jù)，并進(jìn)行天體物理研究。 據(jù)介紹，“悟空”衛(wèi)星采用了中國科學(xué)院紫金山天文臺(tái)研究人員自主提出的分辨粒子種類的新探測技術(shù)方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)高能（5 GeV-10 TeV）電子、伽馬射線的“經(jīng)濟(jì)適用型”觀測。1 GeV=10億電子伏特，而1 TeV=1萬億電子伏特；人類眼睛最敏感的可見光的能量約為2電子伏特。 “悟空”衛(wèi)星是中國科學(xué)院空間科學(xué)戰(zhàn)略先導(dǎo)專項(xiàng)的首發(fā)星，它最早由常進(jìn)于2005年提出，在原中國科學(xué)院基礎(chǔ)局、科技部的支持下研制了原理樣機(jī)。
2011年12月21日該項(xiàng)目被正式列入中國科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)專項(xiàng)-空間科學(xué)專項(xiàng)，常進(jìn)研究員擔(dān)任衛(wèi)星的首席科學(xué)家。 “悟空”衛(wèi)星在“高能電子、伽馬射線的能量測量準(zhǔn)確度”以及“區(qū)分不同種類粒子的本領(lǐng)”這兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)方面世界領(lǐng)先，尤其適合尋找暗物質(zhì)粒子湮滅過程產(chǎn)生的一些非常尖銳的能譜（能譜指的是電子數(shù)目隨能量的變化情況）信號(hào)。 “悟空”衛(wèi)星于2015年12月17日發(fā)射成功，是中國的首顆天文衛(wèi)星。“悟空”衛(wèi)星在軌運(yùn)行的前530天共采集了約28億顆高能宇宙射線，其中包含約150萬顆25GeV以上的電子宇宙射線�；谶@些數(shù)據(jù)科研人員成功獲取了目前國際上精度最高的電子宇宙射線探測結(jié)果。
該衛(wèi)星的探測器由紫金山天文臺(tái)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、近代物理研究所、高能物理研究所與國家空間科學(xué)中心聯(lián)合研制。瑞士的日內(nèi)瓦大學(xué)、意大利國家核物理研究院也參與了硅子探測器的研發(fā)。衛(wèi)星平臺(tái)由中科院微小衛(wèi)星研究院研發(fā)，地面科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)由紫金山天文臺(tái)負(fù)責(zé)建設(shè)。 施普林格·自然中國區(qū)科學(xué)總監(jiān)Ed Gerstner博士在發(fā)布會(huì)上說，偉大的科幻小說作家艾薩克·阿西莫夫（Isaac Asimov）曾說過，在科學(xué)探索中能聽到的最激動(dòng)人心的一句話， 即在最重要的新發(fā)現(xiàn)之前出現(xiàn)的短語， 不是“尤里卡，我找到了！” 而是“嗯。。。這挺奇怪！” “悟空衛(wèi)星團(tuán)隊(duì)報(bào)告的結(jié)果也是如此，現(xiàn)在還不知道這些結(jié)果代表著什么，但是這些結(jié)果是出乎意料之外的，所以它們有潛力改變?nèi)祟惪创钪娴姆绞健?rdquo;他總結(jié)。
“悟空”發(fā)現(xiàn)了哪些跟過去研究的不同點(diǎn)？據(jù)常進(jìn)介紹，與之前結(jié)果相比，“悟空”衛(wèi)星的電子宇宙射線的能量測量范圍比起國外的空間探測設(shè)備（AMS-02， Fermi-LAT）有顯著提高，拓展了人類觀察宇宙的窗口。 另外，“悟空”衛(wèi)星測量到的TeV電子的“純凈”程度最高（也就是其中混入的質(zhì)子數(shù)量最少），能譜的準(zhǔn)確性高。 第三，“悟空”衛(wèi)星首次直接測量到了電子宇宙射線能譜在~1 TeV處的拐折，該拐折反映了宇宙中高能電子輻射源的典型加速能力，其精確的下降行為對(duì)于判定部分（能量低于1 TeV）電子宇宙射線是否來自于暗物質(zhì)起著關(guān)鍵性作用。 常進(jìn)還介紹，“悟空”衛(wèi)星的數(shù)據(jù)初步顯示在~1.4 TeV處存在能譜精細(xì)結(jié)構(gòu)。
目前“悟空”衛(wèi)星運(yùn)行狀態(tài)良好，正持續(xù)收集數(shù)據(jù)，一旦該精細(xì)結(jié)構(gòu)得以確證，將是粒子物理或天體物理領(lǐng)域的開創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)。 “目前我們還需要更多的數(shù)據(jù)，需要‘悟空’繼續(xù)去收集。”常進(jìn)說，未來三到五年或有更多的成果發(fā)布。 21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者從發(fā)布會(huì)上采訪獲悉，目前關(guān)于暗物質(zhì)的研究，以美國為代表的發(fā)達(dá)國家已經(jīng)有大量的投入，投入資金數(shù)百億美元。
多個(gè)國家均在布局這一基礎(chǔ)物理研究最前沿領(lǐng)域，競爭激烈。 白春禮介紹，未來中國科學(xué)院對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)前沿還將繼續(xù)給予特別的關(guān)注，支持和組織中國科學(xué)家向重大科學(xué)前沿問題提出挑戰(zhàn)。中科院不但在地面大科學(xué)裝置方面有了很大的提升，如不久前建成的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡--FAST和散裂中子源，中科院還將重點(diǎn)瞄準(zhǔn)引力波探測、宇宙起源和暗物質(zhì)、太陽活動(dòng)對(duì)人類的影響以及水循環(huán)在全球變化中的作用等，繼續(xù)布局、研制和發(fā)射新的空間科學(xué)衛(wèi)星。
