国庆期间，科研人员还在中科院紫金山天文台暗物质卫星监测大厅加班加点。当全国沉浸在国庆的气氛中时，中国第一颗天文卫星悟空还在500公里高度的太阳同步轨道上运行，忙得不可开交。

“差不多四年了，猴子从来没有让我们失望过。”暗物质卫星首席科学家常进表示，最近，它给大家带来了新的惊喜。基于前两年半的数据，“悟空”利用空间实验，在世界上首次精确绘制了高能质子宇宙线的能谱，观测到了能谱的新结构。这一成就的科学意义和极致想象在哪里？记者采访了科研团队，向公众透露了这个秘密。

引导人类寻找宇宙射线源。

什么是宇宙射线？自从1912年发现宇宙射线以来，其起源和加速机制的谜团一直没有解开。

现实中，在大气层的保护下，人类只能从绚丽的极光中感受到它的存在。事实上，地球一直与它保持着密切的联系。在海平面上，平均每分钟就有一个宇宙射线粒子穿过一个硬币大小的区域。与地面能量最高的粒子加速器相比，宇宙射线的功率是前者的1000万倍.

经过两年半的时间和上亿次的轰击，悟空“拦截”了2000万条高能质子宇宙线，绘制出最高能量为100 TeV(1TeV=1万亿电子伏)的宇宙线能谱。在这张照片上，研究人员看到了一种“扭结”结构，其中质子通量先上升后下降。这是什么意思？

“这样的结构，特别是后半部分的下降结构，在以前的地面和空间观测中没有发现。这很大程度上是因为，与世界上同类探测器相比，‘悟空’在高能范围内测量性能有明显优势，让我们看得更清楚，看到前人从未见过的现象。”负责数据分析的暗物质卫星团队成员岳川说。

除了更高精度开启的新视野外，科学家进一步分析推测，“扭结”结构可能是地球附近宇宙射线源留下的印记。

暗物质项目组成员、中国科学院紫金山天文台研究员袁强说：“如果宇宙射线源均匀分布在银河系中，我们应该会看到一个平滑的能谱。‘转向’的原因很可能是因为地球刚好与一个宇宙射线源相邻。”

研究人员表示，太空探测器的尺寸有限，只能接收有限的数据，而地面探测器可以达到很大的规模，记录更多的数据。这项研究的意义在于，观测结果可以为下一阶段的地面宇宙线研究指明方向。如果后续研究能积累更多的数据，我们有望直接定位这个相邻的宇宙射线源。

引导高能粒子加速器的发展。

自1912年被发现以来，宇宙射线不断给人类带来打开微观世界的钥匙。通过研究宇宙射线，人类发现了正电子、子、介子等重要粒子。并且相关研究获得了多项诺贝尔奖。2012年，欧洲核子研究中心借助世界上最大的粒子对撞机——大型强子对撞机发现了希格斯玻色子。

追求“更高能量、更细更强”，高能物理学家有不输运动员的竞技精神。国内外科学家建造了数台粒子加速器，试图破解物质更深层的结构和更基本的相互作用规律。然而，宇宙可以轻易地杀死人类。来自银河系外能量最高的宇宙线，能量超过10到20次方电子伏特，几乎是北京正负电子对撞机加速粒子能量的1000亿倍。

是什么加速机制，让“微观粒子”拥有与“宏观物体”相当的能量？科学家们大胆假设，探索宇宙射线的粒子加速原理，或许可以用来指导人类研制出更高能量的粒子加速器。然而，有悟空参与的宇宙线研究可能会带来新的

暗物质卫星相当于一个天然的超级粒子加速器。由于人造对撞机填补了标准模型的空白，通过大胆思考探索宇宙射线中的高能粒子，有可能开启一个超越现有物理模型的新世界。中国科学院紫金山天文台研究员范说。

袁强认为，当人类研制的加速器突破一个能级时，技术难度和成本将成倍增加。因此，通过研究极高能量粒子，探索宇宙射线的加速机制，有望拓宽人类对物理规律的认识，取得超越加速器的突破性成就。

监控大厅里的暗物质卫星模型。图片：岳婷(实习)

“悟空”将超期服役至2020年。

“悟空”号是我国发射的第一颗天文卫星，于2015年12月17日发射升空。它原本计划在天空中运行3年。长期服役的悟空表现如何？

据了解，2017年以来，“悟空”在电子和质子宇宙线测量方面取得突破。

志着我国空间高能粒子探测研究已跻身世界最前列。接下来，“悟空”合作组还将陆续发表更重的核素能谱测量结果，可望发现不同宇宙线核素能谱拐折结构规律，这将进一步揭示高能宇宙线的加速机制和与星际介质的相互作用等物理问题。

暗物质卫星首席科学家常进说，卫星在轨运行近4年来，各有效载荷运行良好，已总计获取约70亿个粒子的信息，关键科学工作正在持续推进。从此次最新的研究成果来看，与国际同类探测器比较，“悟空”绘出的质子宇宙线能谱，在1-100 TeV能段精度最高，其能量上限，比著名物理学家丁肇中领导的阿尔法磁谱仪实验高出约50倍，比日本学者领衔的量能器电子望远镜实验高出10倍。

“悟空将延期服役至2020年，同时我们也已经在为下一代空间高能伽马和粒子探测实验做准备。”范一中透露，团队已经在开展关键技术预研，新的探测器将改进设计，强化低能粒子筛选能力和伽马射线探测能力等，预计总探测效能达到目前的10倍以上。

由中国科学院国家天文台、紫金山天文台等单位主办的第二届天泉湖天文论坛举行带来了光谱巡天、暗物质探测等研究领域的最新进展。

郭守敬望远镜光谱巡天达千万量级

作为我国大科学装置郭守敬望远镜的总工程师，崔向群院士介绍，郭守敬望远镜光谱巡天七年，目前已经获得1000多万条天体的光谱，使人类观测天体光谱的数目提高到千万量级。郭守敬望远镜建设中的技术创新，也为我国研制10米级以上大口径光学望远镜奠定了基础。

郭守敬望远镜总工程师 中国科学院院士 崔向群：大口径光学红外望远镜，有多种功能，有广泛的科学目标，包括暗能量、暗物质、早期宇宙、超大质量的黑洞，还有系外行星。

暗物质卫星已获取近70亿高能粒子

人类赖以生存的地球每时每刻都经受着外太空高能粒子的轰击，它们携带着多种天体物理过程的关键信息。暗物质卫星首席科学家常进介绍，“悟空号”在轨运行近4年来，各项指标正常，到目前为止共获取近70亿个高能粒子，将有望取得一系列新发现。

暗物质卫星首席科学家 紫金山天文台台长 常进：明年以后我们将会发布伽马射线的一些天文观测的成果，或者是跟暗物质搜寻相关的成果。以前公布的一批结果，看到了一些迹象，希望通过更多的数据，来证实这些超出来的、多出来的高能电子来自于哪儿，是特殊的天体物理构成还是暗物质现在还不清楚，需要更多的数据、更高方面的观测才能确认。

---

版权说明： 本文版权归原作者所有，转载文章仅为传播更多信息之目的，如作者信息标记有误，请第一时间联系我们修改或删除，多谢。

---

标签：