揭秘我国首颗暗物质粒子探测卫星“悟空”

新华网南京12月17日电（记者王珏玢）17日8时12分，我国暗物质粒子探测卫星“悟空”在酒泉成功发射。作为中国空间科学卫星系列的首发星，“悟空”顺利发射标志着我国在探索宇宙核心秘密的进程中又迈出重要一步。这颗卫星承将载着人类探索宇宙的共同期望，去往太空寻找暗物质存在的证据。

就暗物质特点、卫星工作原理及可能取得的成果等公众关心问题，暗物质粒子探测卫星科学应用系统副总设计师、中科院紫金山天文台研究员范一中接受了新华社记者专访。

神秘的“暗物质”究竟是什么？

暗物质和暗能量被称为笼罩在21世纪物理学和天文学晴朗天空的“两朵乌云”，两者至今无法用现有理论解释。现阶段大量天文观测表明，暗物质约占当今宇宙能量密度的27％，而可以被标准粒子物理模型可靠描述的普通物质只占当今宇宙能量密度的5％。换句话说，尽管标准粒子物理学取得了空前的成功，但它仅仅能描述占宇宙能量密度很少的一部分物质。

“为了全面理解宇宙，解释星系及更大尺度范围中，引力质量远大于发光物质质量的疑难，物理学需要革命性的新突破。这就是科学界引入暗物质的由来。”范一中介绍，现代天文学家认为，暗物质是一类稳定的、电中性的粒子，不能被现有的标准粒子物理模型描述，但具有正常的引力相互作用，在宇宙中的总质量是普通物质的5倍左右。

暗物质粒子本身不发射、吸收、或散射光子，也不参与电磁作用，因此难于“看到”。但粒子物理学家普遍认为，暗物质粒子可以衰变或相互湮灭，产生一些人类可以观测的稳定粒子。目前，暗物质的探测方法有直接、间接两类。一些科学家在地下探测暗物质粒子与普通粒子碰撞所产生的系列信号，试图直接探测到暗物质；另一些科学家高精度测量暗物质衰变、湮灭产生的稳定粒子，间接寻找暗物质。

暗物质粒子探测卫星如何工作？

正是由于暗物质粒子湮灭或衰变能产生伽玛射线、宇宙射线、中微子等人类可以观测的粒子，科学家找到了探测暗物质的契机。范一中介绍，中国的暗物质粒子探测卫星，要在太空中高精度测量伽玛射线、宇宙射线的能谱以及空间分布，以此来间接寻找暗物质粒子存在的证据。

与国际上同类型空间探测设备相比，中国的暗物质粒子探测卫星具有鲜明的特点：能量分辨率最高，工作能段高。“可见光光子的能量大约是1电子伏特。而暗物质粒子探测卫星对电子宇宙射线的探测有望超过10万亿电子伏特，鉴别粒子的本领特别强大！”范一中说。

作为我国第一颗空间高能粒子探测器，暗物质粒子探测卫星拥有很多中国独有的技术。范一中举例说，探测器最核心的组成部分BGO量能器既能测量粒子能量、又能区分粒子种类。量能器的BGO晶体，此前世界范围内最长只有30厘米，而中科院上海硅酸盐所成功研制生产出60厘米晶体。BGO量能器数据读出的动态范围，也是同类型探测器中最大的。

中国“悟空”将取回什么“真经”？

暗物质粒子探测卫星成功发射后，将发表可靠的观测数据，而对其中一些信息或信号的全面理论解读，将留给世界范围内的天体物理学家和粒子物理学家。

“就这颗暗物质粒子探测卫星而言，我们希望它能精确地测定100亿电子伏特－10万亿电子伏特的电子宇宙射线能谱，1000亿电子伏特－数百万亿电子伏特的质子、核素宇宙射线的能谱，以及高能伽玛射线能谱。利用这些数据，我们将系统地开展暗物质粒子间接探测、宇宙射线物理和伽玛射线天体物理研究。”范一中说。

他向记者介绍，按照原定计划，暗物质粒子探测卫星上天之后主要进行巡天观测，即望远镜背对地球，对太空进行比较均匀的扫描观测，长时期积累数据。如果2年巡天的结果发现某些天区有值得深入挖掘的信息，那时卫星的观测模式将进行调整，由巡天观测转入定点观测模式，对一些重点区域进行更充分的观测。

暗物质粒子探测卫星的科学数据处理中心设在中科院紫金山天文台。由中国、瑞士、意大利3国科学家组成的团队联合进行数据处理。卫星的部分伽玛射线数据将在合适的时段向国际社会公开。

“暗物质粒子一旦被探测到，相关物理理论研究就会走出目前盲人摸象的境地，带来物理学革命性的发展。另外，暗物质粒子的发现还将直接证实标准宇宙学模型的正确性。”范一中说。（完）