“悟空”火眼金睛 宇宙幽靈快現形了嗎

?宇宙中的“悟空”?每天都奔跑在500公里高的太陽同步軌道上，忙忙碌碌。??這是中國科學家首次在太空中放置自己的高分辨率高能空間望遠鏡。

中國首顆暗物質粒子探測衛星“悟空”，用“火眼金睛”幫助科學家尋找披著“隱身衣”的神秘莫測的暗物質。

科學家將宇宙比喻成一個由三部分組成的大餅，構成日、月、星辰、生命以及一切人類所認知的普通物質只占宇宙的大約5%，宇宙的95%以上是人類還沒弄清楚的暗物質（26.8%）和暗能量（68.3%）。宇宙的絕大部分對人類來說是隱藏和最難了解的。

天體物理學研究發現，在浩瀚的宇宙空間里，我們能夠觀測到的發光星體（包括發射X射線、γ射線的星體）的質量僅僅只是宇宙空間里物質總質量的一小部分。還有很大一部分質量則來自至今我們還沒有弄清楚的東西。這種視而不見又確實存在的東西，我們稱它為“暗物質”。

每時每刻，都有無數暗物質粒子穿過人體，人體卻完全沒有感覺，那么科學家怎么知道宇宙中存在暗物質？

20世紀30年代，一位脾氣古怪、卻有著敏銳洞察力的瑞士天體物理學家茲威基發現，后發座星系團有些奇異之處：盡管其中的星系看似以引力作用相互束縛，但從它們很高的運動速度來看，星系團將不可避免地分崩離析。然而后發座星系團并未瓦解。茲威基提出，后發座星系團中存在大量不可見的神秘物質。然而當時茲威基有關暗物質的推論沒有引起注意。

到了20世紀70年代，美國天文學家薇拉·魯賓對漩渦星系的詳細觀測發現，距離星系中心很遠地方的恒星與靠近星系中心的恒星旋轉速度一樣快，這意味著星系中包含了更多的物質，這些沒有被直接看到而只是通過引力效應表現出來的物質就是暗物質。

此后，科學家對星系、星系團、引力透鏡效應、宇宙微波背景輻射等觀測獲得的一系列天文證據，逐漸讓人們認識到暗物質確實是存在的。

暗物質如此神秘，它們不發光、不發出電磁波、不參與電磁相互作用，無法用任何光學或電磁觀測設備直接“看”到。那么，科學家怎樣探測暗物質？世界范圍內大致有三種方法：

第一種：直接探測暗物質粒子與普通原子核碰撞所產生的信號。由于這種碰撞概率很小，產生的信號非常微弱，為了屏蔽宇宙射線等干擾，這種實驗通常要把探測器放置在很深的地下。目前，各國有不少這樣的實驗。其中，中國四川錦屏的地下實驗室是目前世界上最深的暗物質實驗室。

第二種：用對撞機將兩束高能粒子對撞，也就是說在加速器上將暗物質粒子“創造”出來。雖然暗物質粒子不能被直接觀察到，但它一定會帶走能量，因此從丟失的能量和分布可以推測暗物質的某些性質。歐洲核子中心的大型強子對撞機就在做這種嘗試。

第三種：尋找暗物質粒子相互碰撞湮滅后產生的“二手”粒子。暗物質粒子碰撞湮滅后會產生人類認識的普通物質粒子，如電子、伽馬光子等。如果科學家能夠精確測量這些粒子的能譜，可能會發現暗物質留下的蛛絲馬跡，間接研究暗物質。

國際空間站上2011年放置的諾貝爾獎獲得者丁肇中研制的阿爾法磁譜儀2號、2015年放置的日本量能器電子望遠鏡，以及中國2015年年底發射的暗物質衛星“悟空”等，都屬于第三種探測暗物質方法。

暗物質衛星首席科學家、中國科學院紫金山天文臺副臺長常進說，這三種方法互為補充，互相驗證?！叭绻覀冊谔焐险业揭环N暗物質粒子，把暗物質的質量弄清楚了，加速器實驗和地下實驗也會更加明確?！?/p>

但是，科學家不知道暗物質粒子的質量，不知道暗物質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極早期形成的。

還有的理論家猜測暗物質存在于另一個膜中。根據弦理論，它位于更大的10維宇宙中，也許存在不止一種暗物質粒子。

暗物質和暗能量被視為現代物理學和天文學的“兩朵烏云”，目前世界各國都在集中人力、物力和財力研究這一問題。揭開暗物質之謎將是繼日心說、萬有引力定律、相對論及量子力學之后的又一次重大飛躍，引起物理學的又一次革命。

明確這種神秘物質的性質成為現代物理學界最長時間沒有找到答案的問題。物理學家已經等待了數十年，通過一系列實驗和觀測，或許距離破解暗物質這個宇宙謎團只有一步之遙了。每天清晨和傍晚，“悟空”都會路過中國上空。位于密云、喀什、三亞的三個數據接收站，每天接收它回傳的約16G數據。而常進帶領的團隊就是要從日積月累的海量數據中分析出有價值的科學成果。

而在一年多前，常進團隊就已向世界展示出首批成果：精確測量太空中的電子宇宙射線能譜。該成果于2017年12月7日在國際權威學術期刊《自然》發表。

“悟空”設計壽命為3年，目前已經到期，但它看起來依舊“年富力強”?！敖涍^評估，我們認為‘悟空’還可以繼續在太空服役，現在已經被批準延長兩年工作時間?！敝锌圃鹤辖鹕教煳呐_研究員袁強說道。

來源| 綜合新華社、科普中國、科技日報