“悟空”號暗物質粒子探測衛星

楊舒

距離地面500公里左右的太陽同步軌道上，來自中國的“悟空”正在遨游。

每天，這顆1米見方的小小衛星繞地飛行大約15圈，用“火眼金睛”努力探測著宇宙高能粒子的蹤跡。

這只“孫猴子”到底在找什么？

其實，浩瀚的銀河系中，除了恒星、行星等這些我們肉眼可見的天體，還可能存在許多看不見的暗物質。科學家們推測，它們不發光，也基本不與其他物質有相互作用，在一般光學手段觀測下，猶如“隱身”。

不過，當一對暗物質粒子偶然碰撞時，可能會湮滅，并放出電子、正電子和伽馬射線等高能粒子。如果能夠精確“捕捉”到這些粒子的信息，就可能反推出暗物質存在的蛛絲馬跡。

2021年9月7日，“悟空”號暗物質粒子探測衛星首批伽馬光子科學數據向全球公開。自2015年12月17日成功飛天，“悟空”一次次發布的寶貴數據令世界矚目，推動著人類對宇宙的進一步認識。

這只“孫猴子”到底長什么樣？

這顆由中國科學院研制生產的衛星，體積比一張辦公桌大不了多少，像一個倒立的銀白色四層蛋糕，有效載荷卻達到1.4噸，內部集成了近8萬路電子學信道。從上到下，“悟空”裝備有四大探測器：塑閃陣列探測器、硅陣列徑跡探測器、BGO（鍺酸鉍）量能器和中子探測器。其中，BGO量能器包含300多根60厘米長的鍺酸鉍晶體。這些漂亮的“水晶棒”猶如孫悟空的“金箍棒”，對入射粒子的能量能進行極為靈敏的測量。

它的視力究竟要多強，才能

稱得上“火眼金睛”？

據“悟空”號首席科學家、中國科學院院士常進介紹，“悟空”號是世界上迄今為止觀測能段范圍最寬、能量分辨率最優的空間宇宙線探測器，也是我國第一顆空間天文衛星。它平均每秒就能“捕捉”60個高能粒子，可以對GeV到數十TeV量級之間的電子、伽馬射線等宇宙線粒子進行測量。

這是什么概念？1GeV是10億電子伏特，1TeV是1000GeV，即1萬億電子伏特。而人眼所能接收到的最敏感的可見光能量，僅僅約為2電子伏特。

飛行6年多，“悟空”號已經完成全天區掃描超過11次，獲取了百億個高能宇宙射線事件。每天清晨和傍晚，這只“孫猴子”都會飛過中國上空。位于北京密云、新疆喀什和海南三亞等處的接收站每天接收著“悟空”號傳回的數據，透過這些數據，暗物質的面紗已陸續被揭開……

2021年5月，“悟空”號團隊繪出迄今最精確的高能氦核宇宙線能譜，并觀測到能譜新結構。這是“悟空”號繼精確測量電子能譜、繪制高能質子宇宙線能譜后，第三次發布重要科學結果，標志著我國空間高能粒子探測已躋身世界最前列！

國際物理學界普遍認為，揭開暗物質之謎，將是繼日心說、萬有引力定律、相對論及量子力學之后的又一次基礎科學變革。

踏入暗物質探測競賽的前沿，中國科學家們相信，借助“悟空”“火眼金睛”的廣大神通，我們將可以窺見嶄新的宇宙面貌，離逮住那“看不見摸不著”的暗物質，也許不遠了！

（選自2022年2月22日《光明日報》，本刊有刪改）