“悟空”火眼金睛 宇宙幽灵快现形了吗

 宇宙中的“悟空” 每天都奔跑在500公里高的太阳同步轨道上，忙忙碌碌。  这是中国科学家首次在太空中放置自己的高分辨率高能空间望远镜。

中国首颗暗物质粒子探测卫星“悟空”，用“火眼金睛”幫助科学家寻找披着“隐身衣”的神秘莫测的暗物质。

科学家将宇宙比喻成一个由三部分组成的大饼，构成日、月、星辰、生命以及一切人类所认知的普通物质只占宇宙的大约5%，宇宙的95%以上是人类还没弄清楚的暗物质（26.8%）和暗能量（68.3%）。宇宙的绝大部分对人类来说是隐藏和最难了解的。

天体物理学研究发现，在浩瀚的宇宙空间里，我们能够观测到的发光星体（包括发射X射线、γ射线的星体）的质量仅仅只是宇宙空间里物质总质量的一小部分。还有很大一部分质量则来自至今我们还没有弄清楚的东西。这种视而不见又确实存在的东西，我们称它为“暗物质”。

每时每刻，都有无数暗物质粒子穿过人体，人体却完全没有感觉，那么科学家怎么知道宇宙中存在暗物质？

20世纪30年代，一位脾气古怪、却有着敏锐洞察力的瑞士天体物理学家兹威基发现，后发座星系团有些奇异之处：尽管其中的星系看似以引力作用相互束缚，但从它们很高的运动速度来看，星系团将不可避免地分崩离析。然而后发座星系团并未瓦解。兹威基提出，后发座星系团中存在大量不可见的神秘物质。然而当时兹威基有关暗物质的推论没有引起注意。

到了20世纪70年代，美国天文学家薇拉·鲁宾对漩涡星系的详细观测发现，距离星系中心很远地方的恒星与靠近星系中心的恒星旋转速度一样快，这意味着星系中包含了更多的物质，这些没有被直接看到而只是通过引力效应表现出来的物质就是暗物质。

此后，科学家对星系、星系团、引力透镜效应、宇宙微波背景辐射等观测获得的一系列天文证据，逐渐让人们认识到暗物质确实是存在的。

暗物质如此神秘，它们不发光、不发出电磁波、不参与电磁相互作用，无法用任何光学或电磁观测设备直接“看”到。那么，科学家怎样探测暗物质？世界范围内大致有三种方法：

第一种：直接探测暗物质粒子与普通原子核碰撞所产生的信号。由于这种碰撞概率很小，产生的信号非常微弱，为了屏蔽宇宙射线等干扰，这种实验通常要把探测器放置在很深的地下。目前，各国有不少这样的实验。其中，中国四川锦屏的地下实验室是目前世界上最深的暗物质实验室。

第二种：用对撞机将两束高能粒子对撞，也就是说在加速器上将暗物质粒子“创造”出来。虽然暗物质粒子不能被直接观察到，但它一定会带走能量，因此从丢失的能量和分布可以推测暗物质的某些性质。欧洲核子中心的大型强子对撞机就在做这种尝试。

第三种：寻找暗物质粒子相互碰撞湮灭后产生的“二手”粒子。暗物质粒子碰撞湮灭后会产生人类认识的普通物质粒子，如电子、伽马光子等。如果科学家能够精确测量这些粒子的能谱，可能会发现暗物质留下的蛛丝马迹，间接研究暗物质。

国际空间站上2011年放置的诺贝尔奖获得者丁肇中研制的阿尔法磁谱仪2号、2015年放置的日本量能器电子望远镜，以及中国2015年年底发射的暗物质卫星“悟空”等，都属于第三种探测暗物质方法。

暗物质卫星首席科学家、中国科学院紫金山天文台副台长常进说，这三种方法互为补充，互相验证。“如果我们在天上找到一种暗物质粒子，把暗物质的质量弄清楚了，加速器实验和地下实验也会更加明确。”

但是，科学家不知道暗物质粒子的质量，不知道暗物质粒子和外界是否存在非引力作用，更不知道它是如何在宇宙极早期形成的。

还有的理论家猜测暗物质存在于另一个膜中。根据弦理论，它位于更大的10维宇宙中，也许存在不止一种暗物质粒子。

暗物质和暗能量被视为现代物理学和天文学的“两朵乌云”，目前世界各国都在集中人力、物力和财力研究这一问题。揭开暗物质之谜将是继日心说、万有引力定律、相对论及量子力学之后的又一次重大飞跃，引起物理学的又一次革命。

明确这种神秘物质的性质成为现代物理学界最长时间没有找到答案的问题。物理学家已经等待了数十年，通过一系列实验和观测，或许距离破解暗物质这个宇宙谜团只有一步之遥了。每天清晨和傍晚，“悟空”都会路过中国上空。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日积月累的海量数据中分析出有价值的科学成果。

而在一年多前，常进团队就已向世界展示出首批成果：精确测量太空中的电子宇宙射线能谱。该成果于2017年12月7日在国际权威学术期刊《自然》发表。

“悟空”设计寿命为3年，目前已经到期，但它看起来依旧“年富力强”。“经过评估，我们认为‘悟空’还可以继续在太空服役，现在已经被批准延长两年工作时间。”中科院紫金山天文台研究员袁强说道。

来源| 综合新华社、科普中国、科技日报