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太空中的火眼金睛：“悟空”号暗物质粒子探测卫星

来源：光明网时间：2022-02-22 13:27:10

【晒晒咱的国之重器19】

距离地面500公里左右的太阳同步轨道上，来自中国的“悟空”正在遨游。

每天，这颗1米见方的小小卫星绕地飞行大约15圈，用“火眼金睛”努力探测着宇宙高能粒子的踪迹。

这只“孙猴子”到底在找什么？

其实，浩瀚的银河系中，除了恒星、行星等这些我们肉眼可见的天体，还可能存在许多看不见的暗物质。科学家们推测，它们不发光、也基本不与其他物质有相互作用，在一般光学手段观测下，犹如“隐身”。

不过，当一对暗物质粒子偶然碰撞时，可能会湮灭，并放出电子、正电子和伽马射线等高能粒子。如果能够精确“捕捉”到这些粒子的信息，就可能反推出暗物质存在的蛛丝马迹。

2021年9月7日，“悟空”号暗物质粒子探测卫星首批伽马光子科学数据向全球公开。自2015年12月17日成功飞天，“悟空”一次次所发布的宝贵数据令世界瞩目，推进着人类对宇宙的进一步认识。

这只“孙猴子”到底长什么样？

这颗由中国科学院研制生产的卫星，体积比一张办公桌大不了多少，像一个倒立的银白色四层蛋糕，有效载荷却达到1.4吨，内部集成了近8万路电子学信道。从上到下，“悟空”装备有四大探测器：塑闪阵列探测器、硅阵列径迹探测器、BGO（锗酸铋）量能器和中子探测器。其中，BGO量能器包含300多根60厘米长的锗酸铋晶体。这些漂亮的“水晶棒”犹如孙悟空的“金箍棒”，对入射粒子的能量能进行极为灵敏的测量。

它的视力究竟要多强，才能称得上“火眼金睛”？

据“悟空”号首席科学家、中国科学院院士常进介绍，“悟空”号是世界上迄今为止观测能段范围最宽、能量分辨率最优的空间宇宙线探测器，也是我国第一颗空间天文卫星。它平均每秒就能“捕捉”60个高能粒子，可以对GeV到数十TeV量级之间的电子、伽马射线等宇宙线粒子进行测量。

这是什么概念？1GeV是10亿电子伏特，1TeV是1000GeV，即1万亿电子伏特。而人眼所能接收到最敏感的可见光能量，仅仅约为2电子伏特。

飞行6年多，“悟空”号已经完成全天区扫描超过11次，获取了百亿个高能宇宙射线事件。每天清晨和傍晚，这只“孙猴子”都会飞过中国的上空。位于北京密云、新疆喀什和海南三亚等处的接收站每天接收着“悟空”号传回的数据，透过这些数据，暗物质的面纱已陆续被揭开……

2021年5月，“悟空”号团队绘出迄今最精确的高能氦核宇宙线能谱，并观测到能谱新结构。这是“悟空”号继精确测量电子能谱、绘制高能质子宇宙线能谱后，第三次发布重要科学结果，标志着我国空间高能粒子探测已跻身世界最前列！

国际物理学界普遍认为，揭开暗物质之谜，将是继日心说、万有引力定律、相对论及量子力学之后的又一次基础科学变革。

踏入暗物质探测竞赛的前沿，中国科学家们相信，借助“悟空”“火眼金睛”的广大神通，我们将可以窥见崭新的宇宙面貌，离逮住那“看不见摸不着”的暗物质，也许不远了！

标签：电子能谱阵列探测器火眼金睛