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悟空”服役近2年 有望揭開暗物質(zhì)神秘面紗

發(fā)布時間:2020-10-15 15:50

       “十三五”成就巡禮

 

        過去的幾天,當全國上下都在慶祝國慶、中秋佳節(jié)時,天上那只“猴子”依舊奔跑在太陽同步軌道上,忙忙碌碌。

 

        而500公里之下的中國科學(xué)院紫金山天文臺“悟空”號科研團隊,在首席科學(xué)家常進院士的帶領(lǐng)下也沒閑著,正在深入分析宇宙線和伽馬射線數(shù)據(jù)。

 

        從2015年12月20日接收到第一幀數(shù)傳數(shù)據(jù),至2020年9月30日,“悟空”號衛(wèi)星已在軌飛行1746天,完成了全天區(qū)的第9遍掃描,共探測并處理了約86.9億個高能粒子。

 

        “‘悟空’號的設(shè)計壽命為3年,目前探測器及衛(wèi)星平臺運行狀態(tài)良好,已于2019年1月正式進行首次延壽運行,為期2年?;谖蚩仗柲壳皟?yōu)異的工作狀態(tài),有望于2021年1月再次延壽運行?!眻F隊負責(zé)人之一、范一中研究員告訴科技日報記者。

 

        美猴王的“水晶棒”將撥開暗物質(zhì)“烏云”

 

        2015年12月17日8時12分,我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用長征二號丁運載火箭成功將中國科學(xué)衛(wèi)星系列首發(fā)星——暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空”發(fā)射升空。

 

        “這是中國科學(xué)家首次在太空中放置自己的高分辨率高能空間望遠鏡?!背_M說,“它有望深刻地改變?nèi)祟惖挠钪嬗^,實現(xiàn)空間科學(xué)重大突破。”

 

        “悟空”的使命是尋找宇宙暗物質(zhì)??茖W(xué)家推測,宇宙中95%以上是暗物質(zhì)和暗能量,其中暗物質(zhì)占26.8%。暗物質(zhì)不發(fā)光、不發(fā)出電磁波、不參與電磁相互作用,它無法用任何光學(xué)或電磁波觀測設(shè)備直接“看”到。

 

        人類探測暗物質(zhì)的方式主要分為三類:一是對撞機探測,主要有歐洲核子中心的大型強子對撞機;二是在地下進行的直接探測,我國在四川錦屏山地下實驗室中正在開展相關(guān)實驗;三是間接探測,主要在空間進行。

 

        “悟空”衛(wèi)星就是采用第三種方式。物理學(xué)家們認為,暗物質(zhì)粒子碰撞后會產(chǎn)生高能粒子,如伽馬射線、正負電子、正反質(zhì)子、中微子等。暗物質(zhì)衛(wèi)星能精確探測這些粒子,通過其能譜、空間分布來尋找暗物質(zhì)粒子存在的證據(jù)。

 

        目前,國際上有三個著名的暗物質(zhì)探測器,“悟空”是世界上迄今為止觀測能段范圍最寬、能量分辨率最優(yōu)的空間探測器。

 

        以《西游記》中美猴王的名字命名的衛(wèi)星“悟空”,沒有攜帶金箍棒,卻帶了300多根“水晶棒”。

 

        “悟空”衛(wèi)星的BGO能量器包含308根縱橫交錯的晶體,每一根都有2.5厘米見方、60厘米長,是世界最長的BGO晶體。這些漂亮的“水晶棒”能夠測量入射粒子的能量,從而獲取宇宙粒子的蛛絲馬跡。

 

        “年富力強”的“悟空”還將繼續(xù)服役

 

        每天清晨和傍晚,“悟空”都會路過中國上空。位于密云、喀什、三亞的三個數(shù)據(jù)接收站,每天要接收它回傳的約16G數(shù)據(jù)。而“悟空”號科研團隊就是要從日積月累的海量數(shù)據(jù)中分析出有價值的科學(xué)成果。

 

        早在2017年,“悟空”號科研團隊就已向世界展示出首批成果:精確測量的太空中的電子宇宙射線能譜。2019年,團隊再次公布了對質(zhì)子宇宙射線能譜的精確測量結(jié)果,發(fā)現(xiàn)能譜上存在一處新的結(jié)構(gòu)。科學(xué)家們推測,這可能是鄰近某宇宙射線源的印記。

 

       科學(xué)家從宇宙射線能譜中得出的判斷是否準確,有兩個相關(guān)因素:一是累積的數(shù)據(jù)量,二是背景的干擾性。數(shù)據(jù)量當然多多益善,而背景干擾則是越低越好。

 

        因此,常進院士的生活規(guī)律就是早上醒來先看前一天衛(wèi)星數(shù)據(jù)的總結(jié)報告,每晚看完當天已下載數(shù)據(jù)的分析才能入眠。

 

        目前,“悟空”號科研團隊正開展氦核宇宙射線能譜分析?!拔覀儼l(fā)現(xiàn)氦核能譜也存在類似質(zhì)子譜的拐折結(jié)構(gòu),這為我們進一步理解宇宙射線起源這一世紀謎題提供了重要數(shù)據(jù)。”紫金山天文臺袁強研究員告訴記者。

 

        此外,“悟空”號團隊還在伽馬射線數(shù)據(jù)中搜尋暗物質(zhì)信號,并正積極推動下一代暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星——“甚大面積伽馬射線空間望遠鏡(VLAST)”的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。

 

        據(jù)范一中介紹,“悟空”設(shè)計壽命為3年,目前已經(jīng)超期服役近2年,但它看起來依舊“年富力強”,有望再次延長工作時間。




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