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“悟空”3周岁,测量到宇宙射线“拐折” “身体”良好延迟退役
2018-12-19 09:55:00  来源:新华日报  
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  我国的首颗天文卫星——暗物质粒子探测卫星“悟空”号的研制团队17日宣布,鉴于卫星目前运行状态依然良好、科学数据仍在累积,团队决定,让“悟空”延长两年工作时间。

  到12月17日,暗物质卫星发射已满3年,达到预期使用寿命。截至这一日,“悟空”已在500公里外的太阳同步轨道上绕地球飞行16597圈,探测宇宙高能粒子55亿颗。

  生日会上办“延时退休”

  三层高的蓝色蛋糕,布满着火箭、星球、云朵、繁星……这是暗物质粒子探测卫星——“悟空”号的“三岁”生日蛋糕,凝结着人们对于浩渺宇宙的无限遐思,也寄托着研制团队对其探测工作的期许与厚望。

  就在这个“生日会”现场,年满3岁的“悟空”正式接受了“延时退休”的决定。“‘悟空’已成功运行了3年,电流、电压等主要工程参数一直保持稳定,所有的载荷都工作正常,性能指标与刚发射时相比变化甚微。”暗物质卫星首席科学家常进在“生日会”现场表示,按照现在的状态,科研团队对让“悟空”多工作两年充满信心。

  2015年12月17日,中国科学卫星系列首发星——暗物质粒子探测卫星“悟空”成功发射升空,它的设计寿命为三年,用“火眼金睛”帮助科学家寻找神秘的暗物质是“悟空”出发的主要任务,而在过去3年中,“悟空”确实不辱使命、兢兢业业,堪称科技界的“先进工作者”,不舍昼夜地绕地球飞行,长达16597圈,探测到的宇宙高能粒子达到55亿颗。

  “悟空”的贡献远不止于此,迄今为止,最突出的“战绩”在于——首次直接测量到了电子宇宙射线能谱在~1 TeV 处的拐折。这一波动现象,在此前并未被观测到,意味着中国科学家取得一项开创性发现,而且有可能与暗物质相关。

  “火眼金睛”寻找暗物质

  人类一直对身边的物质世界抱有兴趣,并不断提出新的物理模型去描述这个世界。随着广义相对论、粒子标准模型等理论的出现,人类认知中的宇宙越来越完整、清晰。然而,星辰大海,浩瀚宇宙,人类也只了解到了5%。

  宇宙中有着沉默的大多数——暗物质和暗能量。天文观测表明,暗物质比人类目前熟悉的普通物质要多5倍。“我们已知的物质,或发光、或吸收光,或者反射光,都可以被我们的眼睛或者其他设备看到。”“悟空”号载荷副总师、研究员郭建华向记者解释,暗物质因为不受电磁力影响,所以人类无法通过眼睛或者其他设备“看到”它们,但我们却可以通过暗物质之间的相撞、湮灭,而捕捉和证实它们的存在。“‘悟空’就是用空间间接探测的方法去寻找暗物质的,比如观测到的正负电子对、或者宇宙中加速的电子,这就有可能是暗物质在发生湮灭而形成的。”郭建华强调,“悟空”所做的工作仅仅是观测,证实暗物质存在,还需要大量的数据积累,以及不断反复地验证。

  徜徉在宇宙中的“悟空”并不像星际旅行那般潇洒,除了勤恳采集信号外,还会遭受一些突发状况。例如去年年底,它还经历了一次“失明”,研究员发现,那段时间“悟空”反常“怠惰”,接受到的数据量骤然锐减,“空中卫星不像地面设备,我们不能前往现场检修,这需要我们谨慎、精准地作出判断,一旦判断失误,造成的损失是不可逆的。”郭建华向记者说,“悟空”号每天仅运行成本就要70万元,关机一天损失相当于一辆豪华轿车。所以技术团队当时任务紧迫,要尽快将“悟空”号修好,在通过对载荷参数的会诊后,专家们判断“悟空”号很可能是被太空中的粒子击中,因而被动关机,于是远程发射指令,帮助卫星计算机重启,恢复其运行。

  除了粒子“袭击”外,太阳耀斑的运动也会让“悟空”短暂“迷失”。不过,科学家也早有准备——就像天气预报一样,地面建立的天体运动模型,能为“悟空”提前几小时预报重大天体活动,避免“悟空”遭受因宇宙空间环境突变而带来的干扰。

  更多突破期待未来

  凭借“高能宇宙射线测得仔细”“不同种类的粒子区分得准”这两个关键技术的领先优势,过去3年里,“悟空”为我们“带回”55亿颗高能粒子,而根据这些数据,我国科学家绘制出了目前世界上最精准的电子宇宙射线能谱。

  这个“能谱”,除了为物理课本增加内容,还有什么意义呢?中国科学院院士白春礼表示,届时或许会带来物理理论框架上的创新。“我无法告诉你暗物质有什么意义,但科学上的每一次进步都会改变人类生活。量子力学发现时,没人知道会对人类生活产生什么影响,但现在每天的生活,玩手机、看电视这些活动都离不开100年前量子力学和相对论的发现。”常进说。

  据统计,已有百余篇学术论文跟进研究“悟空”成果。与世界同类暗物质探测设备相比,“悟空”具有核心技术优势,这使得它在关键的1.4 TeV能段处探测“奇异”电子的效率至今仍保持领先。

  “关键数据还在持续积累,让‘悟空’延长服役是一切研究的基础。”郭建华说,最新“体检”报告显示,“悟空”数据读取速率、传输速率等,跟刚发射时没有明显变化。“我们希望到2019年末,‘悟空’的‘火眼金睛’能成功探测到300个‘奇异’电子,这将为理论家们提供足够的数据来研究奇异电子的本质。如果真的与暗物质相关,那将是一项殊荣。”常进说。

  本报记者 王梦然

标签:生日;暗物质;退休
责编:王凰
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