“悟空”已捕捉47億個(gè)高能宇宙線粒子 攜帶天際秘密

在中科院紫金山天文臺(tái)，暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星首席科學(xué)家常進(jìn)在通過(guò)暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星“悟空”的觀測(cè)數(shù)據(jù)完成的一張伽馬射線天圖前。新華社記者金立旺攝

暗物質(zhì)衛(wèi)星首席科學(xué)家常進(jìn)：為揭開(kāi)隱藏宇宙貢獻(xiàn)中國(guó)智慧

新華社北京7月25日電(記者喻菲)中國(guó)暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星“悟空”的首席科學(xué)家常進(jìn)有個(gè)特點(diǎn)：吃飯很快。

當(dāng)上世紀(jì)70年代美國(guó)科學(xué)家通過(guò)觀測(cè)星系旋轉(zhuǎn)，使人們認(rèn)識(shí)到宇宙中有“暗物質(zhì)”這種看不見(jiàn)、謎一般的存在時(shí)，正在江蘇泰興鄉(xiāng)下上小學(xué)的常進(jìn)思考的是如何加快吃飯速度。因?yàn)榧抑行值芩娜耍l(shuí)吃得慢一點(diǎn)就會(huì)吃不飽。

這樣的生活不光養(yǎng)成了他吃飯快的習(xí)慣，也培養(yǎng)了他做事講究效率且還有些“斤斤計(jì)較”的性格。

2011年常進(jìn)成為暗物質(zhì)衛(wèi)星首席科學(xué)家后，父母在農(nóng)村一年大約掙兩萬(wàn)塊錢。“我父親去世前老為我擔(dān)心，如果我把衛(wèi)星搞砸了，泰興幾萬(wàn)戶農(nóng)民一年就白干了。這是我為什么那么小心的主要原因，我們一定要成功，不能浪費(fèi)國(guó)家的科研經(jīng)費(fèi)。”常進(jìn)說(shuō)。

1992年，常進(jìn)剛從中國(guó)科技大學(xué)畢業(yè)到中科院紫金山天文臺(tái)空間天文實(shí)驗(yàn)室工作時(shí)很吃驚，中國(guó)的空間天文幾乎是一張白紙。“就好像到汽車廠工作，卻發(fā)現(xiàn)這個(gè)廠一輛汽車都沒(méi)造出來(lái)。”

他能做的就是整天泡圖書(shū)館，把國(guó)際上所有高能天文衛(wèi)星的資料都認(rèn)真讀了一遍。

也就在那時(shí)，中國(guó)啟動(dòng)了載人航天工程。常進(jìn)跟著老師在神舟二號(hào)飛船上做了一個(gè)設(shè)備，獲得大量太陽(yáng)耀斑和伽馬射線暴的觀測(cè)數(shù)據(jù)。這是中國(guó)第一次在太空開(kāi)展真正的天文觀測(cè)。這個(gè)項(xiàng)目現(xiàn)在看來(lái)很小，卻為中國(guó)空間天文發(fā)展打下基礎(chǔ)。

“瘋狂”的想法

參加這個(gè)項(xiàng)目使常進(jìn)認(rèn)識(shí)到，中國(guó)的空間天文與國(guó)際先進(jìn)水平差距巨大，必須另尋道路。他認(rèn)為宇宙高能電子和伽馬射線探測(cè)還是空白，若能在方法上創(chuàng)新，可能會(huì)較快趕上國(guó)際水平。

1998年，哈勃望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)顛覆了人們對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)：宇宙中存在比暗物質(zhì)更怪異的“暗能量”。科學(xué)家此前所理解的所有物質(zhì)只是宇宙很小的一部分，宇宙的絕大部分是深?yuàn)W而黑暗的未知。

2017年12月17日長(zhǎng)征二號(hào)丁運(yùn)載火箭從酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心將“悟空”送入太空。喻菲攝

這一年，常進(jìn)的工作也取得了突破。傳統(tǒng)的觀念是，需要昂貴厚重的探測(cè)器才能觀測(cè)高能電子和伽馬射線，但常進(jìn)發(fā)明出一種方法，用便宜、較輕薄的儀器也能觀測(cè)。

正巧當(dāng)時(shí)美國(guó)科學(xué)家要在南極通過(guò)高空氣球觀測(cè)宇宙射線。常進(jìn)仔細(xì)研究了這個(gè)探測(cè)器，發(fā)現(xiàn)可以用它觀測(cè)高能電子和伽馬射線。但是，美國(guó)科學(xué)家認(rèn)為這個(gè)想法太瘋狂。

為了說(shuō)服他們，常進(jìn)飛到美國(guó)。一到實(shí)驗(yàn)室，美方就要求常進(jìn)在計(jì)算機(jī)上算出探測(cè)器各種參數(shù)。當(dāng)時(shí)常進(jìn)還沒(méi)有筆記本電腦。他要從零開(kāi)始，將自己所有的想法編成程序，把各種參數(shù)計(jì)算出來(lái)，再進(jìn)行核對(duì)。他幾乎36個(gè)小時(shí)沒(méi)合眼。他知道，如果算錯(cuò)了，后面就沒(méi)戲了。

最終，常進(jìn)的努力讓美國(guó)人信服了，同意將南極氣球?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)交由他分析。這個(gè)項(xiàng)目最重要的一篇論文，是由常進(jìn)作為第一作者發(fā)表在《自然》雜志上。

“悟空”飛天

南極氣球?qū)嶒?yàn)中，常進(jìn)發(fā)現(xiàn)了宇宙射線中高能電子的異常，這與暗物質(zhì)理論的預(yù)言相吻合。然而，氣球?qū)嶒?yàn)還不能排除其他天體和大氣的干擾。要想看得更清楚，必須到太空去探測(cè)。

2011年中科院受國(guó)務(wù)院委托，組織實(shí)施空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)，發(fā)展中國(guó)的科學(xué)衛(wèi)星。暗物質(zhì)衛(wèi)星被列入第一批空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)。

暗物質(zhì)衛(wèi)星首席科學(xué)家在新聞發(fā)布會(huì)上介紹“悟空”的探測(cè)結(jié)果。喻菲攝

中國(guó)于2015年發(fā)射的“悟空”號(hào)暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星采用了常進(jìn)提出的分辨粒子種類的新探測(cè)技術(shù)，研制費(fèi)用僅為同類的美國(guó)費(fèi)米衛(wèi)星的1/7，國(guó)際空間站阿爾法磁譜儀2號(hào)的1/20。

成百上千名科學(xué)家參與了“悟空”的研制。最大的挑戰(zhàn)是提高探測(cè)器的粒子鑒別能力，就像在一個(gè)2000萬(wàn)人口的城市中準(zhǔn)確找出20個(gè)人。另一挑戰(zhàn)是要讓探測(cè)器的動(dòng)態(tài)范圍達(dá)到100萬(wàn)倍，這就好比要讓一個(gè)人的眼睛既能看到一名兩米高的籃球運(yùn)動(dòng)員，同時(shí)還能看清他身上只有兩微米的最小細(xì)胞。

2015年12月17日“悟空”發(fā)射成功時(shí)，有人哭，有人笑。常進(jìn)卻在擔(dān)心，如果不出科研成果，這還是一顆失敗的衛(wèi)星。

幾個(gè)月后，當(dāng)他第一次看到自己的團(tuán)隊(duì)根據(jù)衛(wèi)星探測(cè)數(shù)據(jù)繪制出伽馬射線天圖時(shí)，眼淚止不住地流，因?yàn)檫@張圖表明衛(wèi)星是成功的，沒(méi)有辜負(fù)那么多人的心血。

期待更大驚喜

目前“悟空”已捕捉了47億個(gè)高能宇宙線粒子，這些粒子中攜帶著深藏于天際的秘密。

“悟空”首次從太空直接觀測(cè)了最高能段的電子宇宙射線，成功獲取了目前國(guó)際上精度最高的電子宇宙射線探測(cè)結(jié)果，其首批成果已于去年底發(fā)表在《自然》雜志上。

暗物質(zhì)衛(wèi)星藝術(shù)構(gòu)想圖。紫金山天文臺(tái)提供

諾獎(jiǎng)獲得者丁肇中先生為“悟空”點(diǎn)贊?！蹲匀弧分袊?guó)區(qū)科學(xué)總監(jiān)印格致說(shuō)，“悟空”的探測(cè)結(jié)果“有可能改變我們看待宇宙的方式”。

改革開(kāi)放40年使中國(guó)成為崛起的大國(guó)，從而有能力和條件為人類科學(xué)與文明進(jìn)步貢獻(xiàn)自己的智慧，這是常進(jìn)以及許許多多中國(guó)科學(xué)家中國(guó)夢(mèng)的一部分。

“‘悟空’打開(kāi)了觀測(cè)宇宙的新窗口，我們觸碰到了新的世界，我相信一定會(huì)有更大的驚喜等著我們。”常進(jìn)說(shuō)。