“悟空”已捕捉47億個高能宇宙線粒子 攜帶天際秘密

在中科院紫金山天文臺，暗物質粒子探測衛(wèi)星首席科學家常進在通過暗物質粒子探測衛(wèi)星“悟空”的觀測數(shù)據(jù)完成的一張伽馬射線天圖前。新華社記者金立旺攝

暗物質衛(wèi)星首席科學家常進：為揭開隱藏宇宙貢獻中國智慧

新華社北京7月25日電(記者喻菲)中國暗物質粒子探測衛(wèi)星“悟空”的首席科學家常進有個特點：吃飯很快。

當上世紀70年代美國科學家通過觀測星系旋轉，使人們認識到宇宙中有“暗物質”這種看不見、謎一般的存在時，正在江蘇泰興鄉(xiāng)下上小學的常進思考的是如何加快吃飯速度。因為家中兄弟四人，誰吃得慢一點就會吃不飽。

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

2011年常進成為暗物質衛(wèi)星首席科學家后，父母在農(nóng)村一年大約掙兩萬塊錢。“我父親去世前老為我擔心，如果我把衛(wèi)星搞砸了，泰興幾萬戶農(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，不能浪費國家的科研經(jīng)費。”常進說。

1992年，常進剛從中國科技大學畢業(yè)到中科院紫金山天文臺空間天文實驗室工作時很吃驚，中國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)這個廠一輛汽車都沒造出來。”

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

也就在那時，中國啟動了載人航天工程。常進跟著老師在神舟二號飛船上做了一個設備，獲得大量太陽耀斑和伽馬射線暴的觀測數(shù)據(jù)。這是中國第一次在太空開展真正的天文觀測。這個項目現(xiàn)在看來很小，卻為中國空間天文發(fā)展打下基礎。

“瘋狂”的想法

參加這個項目使常進認識到，中國的空間天文與國際先進水平差距巨大，必須另尋道路。他認為宇宙高能電子和伽馬射線探測還是空白，若能在方法上創(chuàng)新，可能會較快趕上國際水平。

1998年，哈勃望遠鏡的觀測顛覆了人們對宇宙的認識：宇宙中存在比暗物質更怪異的“暗能量”?？茖W家此前所理解的所有物質只是宇宙很小的一部分，宇宙的絕大部分是深奧而黑暗的未知。

2017年12月17日長征二號丁運載火箭從酒泉衛(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器才能觀測高能電子和伽馬射線，但常進發(fā)明出一種方法，用便宜、較輕薄的儀器也能觀測。

正巧當時美國科學家要在南極通過高空氣球觀測宇宙射線。常進仔細研究了這個探測器，發(fā)現(xiàn)可以用它觀測高能電子和伽馬射線。但是，美國科學家認為這個想法太瘋狂。

為了說服他們，常進飛到美國。一到實驗室，美方就要求常進在計算機上算出探測器各種參數(shù)。當時常進還沒有筆記本電腦。他要從零開始，將自己所有的想法編成程序，把各種參數(shù)計算出來，再進行核對。他幾乎36個小時沒合眼。他知道，如果算錯了，后面就沒戲了。

最終，常進的努力讓美國人信服了，同意將南極氣球實驗數(shù)據(jù)交由他分析。這個項目最重要的一篇論文，是由常進作為第一作者發(fā)表在《自然》雜志上。

“悟空”飛天

南極氣球實驗中，常進發(fā)現(xiàn)了宇宙射線中高能電子的異常，這與暗物質理論的預言相吻合。然而，氣球實驗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。

2011年中科院受國務院委托，組織實施空間科學先導專項，發(fā)展中國的科學衛(wèi)星。暗物質衛(wèi)星被列入第一批空間科學先導專項。

暗物質衛(wèi)星首席科學家在新聞發(fā)布會上介紹“悟空”的探測結果。喻菲攝

中國于2015年發(fā)射的“悟空”號暗物質粒子探測衛(wèi)星采用了常進提出的分辨粒子種類的新探測技術，研制費用僅為同類的美國費米衛(wèi)星的1/7，國際空間站阿爾法磁譜儀2號的1/20。

成百上千名科學家參與了“悟空”的研制。最大的挑戰(zhàn)是提高探測器的粒子鑒別能力，就像在一個2000萬人口的城市中準確找出20個人。另一挑戰(zhàn)是要讓探測器的動態(tài)范圍達到100萬倍，這就好比要讓一個人的眼睛既能看到一名兩米高的籃球運動員，同時還能看清他身上只有兩微米的最小細胞。

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

幾個月后，當他第一次看到自己的團隊根據(jù)衛(wèi)星探測數(shù)據(jù)繪制出伽馬射線天圖時，眼淚止不住地流，因為這張圖表明衛(wèi)星是成功的，沒有辜負那么多人的心血。

期待更大驚喜

目前“悟空”已捕捉了47億個高能宇宙線粒子，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了最高能段的電子宇宙射線，成功獲取了目前國際上精度最高的電子宇宙射線探測結果，其首批成果已于去年底發(fā)表在《自然》雜志上。

暗物質衛(wèi)星藝術構想圖。紫金山天文臺提供

諾獎獲得者丁肇中先生為“悟空”點贊。《自然》中國區(qū)科學總監(jiān)印格致說，“悟空”的探測結果“有可能改變我們看待宇宙的方式”。

改革開放40年使中國成為崛起的大國，從而有能力和條件為人類科學與文明進步貢獻自己的智慧，這是常進以及許許多多中國科學家中國夢的一部分。

“‘悟空’打開了觀測宇宙的新窗口，我們觸碰到了新的世界，我相信一定會有更大的驚喜等著我們。”常進說。