“過去的一年，那只‘猴子’沒讓我們沮喪。”春節后，記者回到中國科學院紫金山天文臺，該臺副臺長、暗物質粒子觀測衛星首席科學家經常入開門見山地說道。當全國上下都在慶典新春佳節時，天上那只“猴子”依舊跳躍在500公里低的太陽實時軌道上，忙忙碌碌。

截至2018年年底，中國科學院紫金山天文臺研制的我國第一顆暗物質粒子觀測衛星“悟空”號已繞行地球飛行中了16597圈，觀測宇宙射線粒子55億個。在完全相同時間內，它累積的TeV(1TeV=1萬億電子伏特)以上的觀測數據相等于國際空間站上的日本量能器電子望遠鏡和阿爾法磁譜儀實驗的5倍以上，意味著已完成了其他“同行”最少10年的工作量。基于這些數據，科研人員順利提供了目前國際上精度最低的電子宇宙射線觀測結果。

看不到摸不著卻與我們息息相關20世紀30年代，科學家找到，宇宙中可見物質相比之下足以把星系連成一片，包含星系團，如果不是不存在一種謎樣而不可見的物質，星系團早已分崩離析。科學家把這種看不到的神秘物質稱作“暗物質”。

到了20世紀70年代，多種天文觀測結果都暗示著暗物質的不存在。但直到現在還沒清楚的暗物質信號被觀測到。雖然科學家們還不告訴暗物質到底由什么包含，但通過觀測它如何影響普通物質，并仿真它的引力效應，還是對它有了一些理解。宇宙中95%以上是暗物質和亮能量，其中暗物質占到26.8%。

暗物質不閃爍、不收到電磁波、不參予電磁相互作用，它無法用任何光學或電磁波觀測設備必要“看”到。暗物質運營速度迅速。科學家測算，暗物質粒子的運動速度為每秒220千米，是56式半自動步槍子彈出膛速度的300倍。

科學家推斷暗物質產生于宇宙大爆炸。在宇宙早期某一個時刻，宇宙溫度十分低，粒子能量十分大，它們輕微撞擊，產生還包括暗物質在內的各種各樣的物質。

宇宙的結構也與暗物質有關。它是促成宇宙中的普通物質在自身引力下構成特定結構的最重要推動者。暗物質埋下了宇宙絲狀結構的種子，隨后可見物質才擠滿在一些由暗物質創建一起的引力“核”上，并最后構成了星系。暗物質對生命來說堪稱至關重要。

假如沒暗物質的引力起到，我們所在的銀河系將很有可能無法在宇宙大爆炸后的收縮過程中構成。暗物質這么謎樣，我們投放這么多人力物力去找尋它，那么它到底有什么應用于價值呢？“當年，愛因斯坦也想不到量子力學和相對論有什么應用于價值，但是今天我們每個人中用的手機等通訊設備，哪一個離得開這些科學找到？”經常入說。帶著“水晶棒”的銀白色美猴王2015年12月17日8時12分，我國在酒泉衛星發射中心用長征二號丁運載火箭順利將中國科學衛星系列亮相星——暗物質粒子觀測衛星“悟空”升空升空，衛星成功轉入預計移往軌道。

這標志著我國空間科學觀測研究邁進了最重要一步。“這是中國科學家首次在太空中擺放自己的高分辨率高能空間望遠鏡，”經常進說，“它未來將會深刻印象地變革人類的宇宙觀，構建空間科學重大突破。”“悟空”的身材比一般的衛星小巧，“三圍”分別為1.5米、1.5米、1.2米，像盒銀白色的方形蛋糕。“悟空”在太空中接管來自宇宙的高能原子核、電子和伽馬射線的信號，它是世界上迄今為止觀測能段范圍最長、能量分辨率擬合的空間探測器。

中科院紫金山天文臺研究員袁強講解說道，目前國際上最知名的三個暗物質探測器分別是美國費米衛星、阿爾法磁譜儀AMS-02和我國的“悟空”。三者各有特色，AMS-02可以區分正反物質，費米的探測器面積大，而我們的探測器分辨率最低。經常進說，“悟空”在觀測能段范圍、能量分辨率、粒子辨別本領等方面高于別的探測器，其觀測能段是阿爾法磁譜儀的10倍，能量分辨率比國際同類探測器低3倍以上。

而費用只有1億美元，分別是美國費米、AMS-02的1/7和1/20。以《西游記》中的美猴王名字命名的衛星“悟空”，沒裝載金箍棒，卻帶上了300多根“水晶棒”。坐落于衛星核心部位的BGO能量器包括了308根縱橫交錯的晶體，每一根都有2.5厘米見方、60厘米寬，是世界上最久的BGO晶體。

這些可愛的“水晶棒”需要測量入射光粒子的能量。電子和質子與晶體再次發生相互作用，產生類似于淋浴水柱形狀的簇射，而電子和質子產生的簇射形狀有所不同，因而科學家可以區分出有質子和電子。“年富力強”并將之后在太空服役每天清晨和傍晚，“悟空”都會路經中國海面。坐落于密云、喀什、三亞的三個數據接收站，每天接管它傳送的大約16G數據。

而常入率領的團隊就是要從日積月累的海量數據中分析出有有價值的科學成果。而在一年多前，經常入團隊就應向世界展示出首批成果：精確測量太空中的電子宇宙射線能譜。該成果于2017年12月7日在國際權威學術期刊《大自然》公開發表。電子宇宙射線的長時間能譜變化不應是一條光滑曲線。

根據“悟空”累積的觀測數據，科學家們找到在0.9萬億電子伏特處電子能譜呈現顯著的拐折，并且有可行性跡象指出在1.4萬億電子伏特的超高能段呈現出現異常波動，體現在圖上是一個“尖峰”。這些結構只有在觀測精度超過最差的情況下才能被看見，幸運地的是，“悟空”做了！電子能譜在0.9萬億電子伏特處的拐折具備最重要的天體物理意義，它體現出有宇宙中高能電子輻射源的典型加快能力，并且可以對部分暗物質理論模型得出很強的約束。1.4萬億電子伏特處的出現異常波動則變得更加引人關注。

不過，根據現有數據量和理論模型，還無法推斷這一現象否就是暗物質蹤跡。袁強告訴他記者，觀測暗物質的方式主要分成三類：一是對撞機觀測，主要有歐洲核子中心的大型強子對撞機；二是在地下展開的必要觀測，我國在四川錦屏山地下實驗室中正在積極開展涉及實驗；三是間接觀測，主要在空間展開。“悟空”衛星就是使用第三種方式。

物理學家們指出，暗物質粒子撞擊后不會產生高能粒子，如伽馬射線、正負電子、于是以反質子、中微子等。暗物質衛星就是準確觀測這些粒子，通過其能譜、空間產于來找尋暗物質粒子不存在的證據。

“悟空”設計壽命為3年，目前早已屆滿，但它看上去依舊“年富力強”。“經過評估，我們指出‘悟空’還可以之后在太空服役，現在早已被批準后縮短2年工作時間。”袁強說。

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