每天清晨和傍晚,“悟空”都会路过中国上空

文章作者:管理一号 | 2019-03-11
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“以前的一年,那只‘山公’没有让我们失望。”春节后,记者来到我国科学院紫金山地舆台,该台副台长、暗物质粒子勘探卫星首席科学家常进开门见山地说。

当全国上下都在庆祝新春佳节时,天上那只“山公”依旧奔跑在500公里高的太阳同步轨道上,忙忙碌碌。

到2018年年底,我国科学院紫金山地舆台研制的我国第一颗暗物质粒子勘探卫星“悟空”号已绕地球飞行了16597圈,勘探国际射线粒子55亿个。

在相同时刻内,它堆集的TeV(1TeV=1万亿电子伏特)以上的观测数据相当于国际空间站上的日本量能器电子望远镜和阿尔法磁谱仪实验的5倍以上,意味着完结了其他“同行”至少10年的工作量。根据这些数据,科研人员成功获取了现在国际上精度最高的电子国际射线勘探作用。

看不见摸不着却与我们息息相关

20世纪30年代,科学家发现,国际中可见物质远远不足以把星系连成一片,构成星系团,假定不是存在一种奥妙而不可见的物质,星系团早就分崩离析。科学家把这种看不见的奥妙物质称为“暗物质”。

到了20世纪70年代,多种地舆观测作用都暗示着暗物质的存在。但直到现在还没有得当的暗物质信号被勘探到。

虽然科学家们还不知道暗物质毕竟由什么构成,但经过观测它怎样影响一般物质,并仿照它的引力效应,仍是对它有了一些了解。

国际中95%以上是暗物质和暗能量,其间暗物质占26.8%。暗物质不发光、不宣告电磁波、不参与电磁彼此作用,它无法用任何光学或电磁波观测设备直接“看”到。暗物质工作速度很快。科学家测算,暗物质粒子的运动速度为每秒220千米,是56式半自动步枪子弹出膛速度的300倍。

科学家估测暗物质发生于国际大爆炸。在国际前期某一个时刻,国际温度非常高,粒子能量非常大,它们剧烈磕碰,发生包括暗物质在内的林林总总的物质。

国际的结构也与暗物质有关。它是促进国际中的一般物质在自身引力下构成特定结构的重要推手。暗物质播下了国际丝状结构的种子,随后可见物质才集合在一些由暗物质建立起来的引力“核”上,并毕竟构成了星系。

暗物质对生命来说更是至关重要。假定没有暗物质的引力作用,我们地址的银河系将很可能无法在国际大爆炸后的胀大过程中构成。

暗物质这么奥妙,我们投入这么多人力物力去寻找它,那么它毕竟有什么使用价值呢?

“当年,爱因斯坦也想不到量子力学相对论有什么使用价值,但是今天我们每个人用到的手机等通讯设备,哪一个离得开这些科学发现?”常进说道。

带着“水晶棒”的银白色美猴王

2015年12月17日8时12分,我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将我国科学卫星系列首发星——暗物质粒子勘探卫星“悟空”发射升空,卫星顺利进入预定转移轨道。这标志着我国空间科学勘探研讨迈出了重要一步。

“这是我国科学家初度在太空中放置自己的高分辨率高能空间望远镜,”常进说,“它有望深刻地改造人类的国际观,完结空间科学重大突破。”

“悟空”的身段比一般的卫星细巧,“三围”分别为1.5米、1.5米、1.2米,像盒银白色的方形蛋糕。“悟空”在太空中接收来自国际的高能原子核、电子和伽马射线的信号,它是国际上迄今为止观测能段规划最宽、能量分辨率最优的空间勘探器。

中科院紫金山地舆台研讨员袁强介绍说,现在国际上最著名的三个暗物质勘探器分别是美国费米卫星、阿尔法磁谱仪AMS-02和我国的“悟空”。三者各有特色,AMS-02可以差异正反物质,费米的勘探器面积大,而我们的勘探器分辨率最高。

常进说,“悟空”在观测能段规划、能量分辨率、粒子区分身手等方面优于其他勘探器,其观测能段是阿尔法磁谱仪的10倍,能量分辨率比国际同类勘探器高3倍以上。而费用只需1亿美元,分别是美国费米、AMS-02的1/7和1/20。

以《西游记》中的美猴王名字命名的卫星“悟空”,没有带着金箍棒,却带了300多根“水晶棒”。

位于卫星中心部位的BGO能量器包括了308根纵横交错的晶体,每一根都有2.5厘米见方、60厘米长,是国际上最长的BGO晶体。

这些美丽的“水晶棒”可以测量入射粒子的能量。电子和质子与晶体发生彼此作用,发生类似淋浴喷水形状的簇射,而电子和质子发生的簇射形状不同,因而科学家可以差异出质子和电子。

“年富力强”并将继续在太空执役

每天清晨和傍晚,“悟空”都会路过我国上空。位于密云、喀什、三亚的三个数据接收站,每天接收它回传的约16G数据。而常进带领的团队就是要从铢积寸累的海量数据平分分出有价值的科学作用。

而在一年多前,常进团队就已向国际展示出第一批作用:精确测量太空中的电子国际射线能谱。该作用于2017年12月7日在国际声威学术期刊《天然》宣告。

电子国际射线的正常能谱改动应是一条滑润曲线。根据“悟空”堆集的观测数据,科学家们发现在0.9万亿电子伏特处电子能谱呈现出明显的拐折,并且有开端痕迹标明在1.4万亿电子伏特的超高能段呈现出失常不坚定,反映在图上是一个“尖峰”。

这些结构只需在观测精度抵达最好的情况下才华被看到,走运的是,“悟空”做到了!电子能谱在0.9万亿电子伏特处的拐折具有重要的天体物理意义,它反映出国际中高能电子辐射源的典型加速才干,并且可以对部分暗物质理论模型给出很强的捆绑。1.4万亿电子伏特处的失常不坚定则显得更引人注重。不过,根据现有数据量和理论模型,还无法断定这一现象是否就是暗物质踪迹。

袁强告诉记者,勘探暗物质的办法首要分为三类:一是对撞机勘探,首要有欧洲核子中心的大型强子对撞机;二是在地下进行的直接勘探,我国在四川锦屏山地下实验室中正在打开相关实验;三是直接勘探,首要在空间进行。

“悟空”卫星就是选用第三种办法。物理学家们认为,暗物质粒子磕碰后会发生高能粒子,如伽马射线、正负电子、正反质子、中微子等。暗物质卫星就是精确勘探这些粒子,经过其能谱、空间分布来寻找暗物质粒子存在的根据。

“悟空”规划寿命为3年,现在现已到期,但它看起来依旧“年富力强”。“经过点评,我们认为‘悟空’还可以继续在太空执役,现在现已被赞同延伸2年工作时刻。”袁强说道。

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