中国首颗暗物质卫星“悟空”发射升空

    12月17日8时12分，中国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将暗物质粒子探测卫星“悟空”发射升空，卫星顺利进入预定转移轨道。此次发射任务圆满成功，标志着中国空间科学研究迈出重要一步。“悟空”暗物质粒子探测卫星是中国科学院空间科学战略性先导科技专项中首批立项研制的4颗科学实验卫星之一，是目前世界上观测能段范围最宽、能量分辨率最优的暗物质粒子探测卫星。中新社记者张素 摄

    专家解析中国暗物质粒子探测卫星如何“弃明投暗”

    中国暗物质粒子探测卫星17日在酒泉成功发射，一时间“暗”成为热搜字。记者采访相关专家，解析这颗卫星如何“弃明投暗”。

    若明若暗：预示着物理学的又一次革命

    暗物质是什么？暗物质粒子探测卫星首席科学家常进的解释是“不发光，不发出电磁波，无法用任何光学或电磁观测设备直接‘看’到”。

    最早“发现”暗物质的是瑞士天文学家茨威基。20世纪30年代，他提出“在星系团中看得见的星系占总质量的1/300以下，而99%以上的质量是看不见的”。随后的宇宙观测结果逐渐验证该观点的可信性。

    由于暗物质等新发现动摇了已有理论假设，人类如今依然面临“宇宙是由什么构成的”这一难题。根据最新天文观测结果，宇宙被分为普通物质(5%)、暗物质(26.8%)、暗能量(68.3%)。

    “了解暗物质的性质，对于我们理解宇宙中星系、星系团等如何在宇宙演化过程中形成具有重要的意义。”中国科学院高能物理所研究员张新民说。另一方面，人类虽已面向普通物质建立了标准模型，“暗物质是目前最明确的突破了标准模型的观测现象，将带我们走进基本粒子更深入细微的结构”。

    包括诺贝尔物理学奖得主李政道在内的学者认为，当前物理学面临的状况与19世纪末、20世纪初诞生相对论和量子力学时类似，暗物质便是一个关键突破口。

    暗送秋波：三种探测方法互为补充

    科学家称，虽然从未直接‘看到’宇宙中存在这种物质，但却发现了由于这种物质的引力作用对于其他可见的物质运动的影响。

    暗物质粒子探测卫星项目组成员冯磊介绍，支持暗物质假说主要观测证据之一是旋转曲线，“漩涡星系的吸引力所需质量远远超出观测到的物质总量，由此推断另外一种物质存在”。而宇宙线在通过大质量的物质周围时发生偏转，在子弹头星系团发现导致光线发生偏转的地方没有“看得见的物质”，也是暗物质存在的旁证。

    目前探测暗物质粒子方法大致有三种。第一是已知标准模型粒子和暗物质粒子相互作用的直接探测，比如欧洲核子中心的大型强子对撞机。第二是标准模型粒子之间相互作用产生暗物质，比如欧洲DAMA团队、美国LUS团队和中国四川锦屏团队。第三是暗物质粒子和暗物质粒子相互作用的间接探测，比如放置在国际空间站的阿尔法磁谱仪2号、日本量能器电子望远镜、中国暗物质粒子探测卫星。

    常进说，这三种方法互为补充、互相印证。“如果在太空找到一种暗物质粒子，而它的质量超过现有加速器的能量上限，意味着必须再提高加速器能量”。

    柳暗花明：打开窗阳光就会照进来

    从20世纪30年代至今，科学家们通过观测暗物质如何影响普通物质，模拟其引力效应，对其性质有了初步推断，比如电中性、密度小、速度快，测算暗物质粒子每秒运动速度为220千米，应来自于宇宙大爆炸并播下宇宙丝状结构的“种子”，其分布可能不均匀等。

    “由于人们不了解暗物质，不得已称它们‘暗’。一旦发现了它们是什么，随着研究的深入将会赋予新发现粒子很多名字。”中国科学院国家空间科学中心主任吴季说。

    不过，暗物质究竟何时发现仍难以估计。常进说，中国暗物质粒子探测卫星将寻找暗物质粒子湮灭或衰变产物，但湮灭必须积累到一定程度，或是仪器灵敏度足够高时才有可能发现，也无法使用单一标准衡量“观测到什么就表明是暗物质”。

    “探测器是一个望远镜。一旦正常工作，相当于为我们打开一扇新的窗口，阳光就会照进来。”常进说这扇窗将会看到清晰的物理构成，必然逮到许多新奇的物理现象。暗物质粒子探测卫星顺利完成、发射、运行也标志着中国正式加入到空间科学探索的大国行列。

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