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                “悟空”已捕捉47亿个高能宇宙线粒子 携带天际秘密

                      作者:唐云云

                在中科院紫金山天文台,暗物质粒子探测卫星首席科学家常进在通过暗物质粒子探测卫星“悟空”的观测数据完成的一张伽马射线天图前。新华社记者金立旺摄

                暗物质卫星首席科学家常进:为揭开隐藏宇宙贡献中国智慧

                新华社北京7月25日电(记者喻菲)中国暗物质粒子探测卫星“悟空”的首席科学家常进有个特点:吃饭很快。

                当上世纪70年代美国科学家通过观测星系旋转,使人们认识到宇宙中有“暗物质”这种看不见、谜一般的存在时,正在江苏泰兴乡下上小学的常进思考的是如何加快吃饭速度。因为家中兄弟四人,谁吃得慢一点就会吃不饱。

                这样的生活不光养成了他吃饭快的习惯,也培养了他做事讲究效率且还有些“斤斤计较”的性格。

                2011年常进成为暗物质卫星首席科学家后,父母在农村一年大约挣两万块钱。“我父亲去世前老为我担心,如果我把卫星搞砸了,泰兴几万户农民一年就白干了。这是我为什么那么小心的主要原因,我们一定要成功,不能浪费国家的科研经费。”常进说。

                1992年,常进刚从中国科技大学毕业到中科院紫金山天文台空间天文实验室工作时很吃惊,中国的空间天文几乎是一张白纸。“就好像到汽车厂工作,却发现这个厂一辆汽车都没造出来。”

                他能做的就是整天泡图书馆,把国际上所有高能天文卫星的资料都认真读了一遍。

                也就在那时,中国启动了载人航天工程。常进跟着老师在神舟二号飞船上做了一个设备,获得大量太阳耀斑和伽马射线暴的观测数据。这是中国第一次在太空开展真正的天文观测。这个项目现在看来很小,却为中国空间天文发展打下基础。

                “疯狂”的想法

                参加这个项目使常进认识到,中国的空间天文与国际先进水平差距巨大,必须另寻道路。他认为宇宙高能电子和伽马射线探测还是空白,若能在方法上创新,可能会较快赶上国际水平。

                1998年,哈勃望远镜的观测颠覆了人们对宇宙的认识:宇宙中存在比暗物质更怪异的“暗能量”。科学家此前所理解的所有物质只是宇宙很小的一部分,宇宙的绝大部分是深奥而黑暗的未知。

                2017年12月17日长征二号丁运载火箭从酒泉卫星发射中心将“悟空”送入太空。喻菲摄

                这一年,常进的工作也取得了突破。传统的观念是,需要昂贵厚重的探测器才能观测高能电子和伽马射线,但常进发明出一种方法,用便宜、较轻薄的仪器也能观测。

                正巧当时美国科学家要在南极通过高空气球观测宇宙射线。常进仔细研究了这个探测器,发现可以用它观测高能电子和伽马射线。但是,美国科学家认为这个想法太疯狂。

                为了说服他们,常进飞到美国。一到实验室,美方就要求常进在计算机上算出探测器各种参数。当时常进还没有笔记本电脑。他要从零开始,将自己所有的想法编成程序,把各种参数计算出来,再进行核对。他几乎36个小时没合眼。他知道,如果算错了,后面就没戏了。

                最终,常进的努力让美国人信服了,同意将南极气球实验数据交由他分析。这个项目最重要的一篇论文,是由常进作为第一作者发表在《自然》杂志上。

                “悟空”飞天

                南极气球实验中,常进发现了宇宙射线中高能电子的异常,这与暗物质理论的预言相吻合。然而,气球实验还不能排除其他天体和大气的干扰。要想看得更清楚,必须到太空去探测。

                2011年中科院受国务院委托,组织实施空间科学先导专项,发展中国的科学卫星。暗物质卫星被列入第一批空间科学先导专项。

                暗物质卫星首席科学家在新闻发布会上介绍“悟空”的探测结果。喻菲摄

                中国于2015年发射的“悟空”号暗物质粒子探测卫星采用了常进提出的分辨粒子种类的新探测技术,研制费用仅为同类的美国费米卫星的1/7,国际空间站阿尔法磁谱仪2号的1/20。

                成百上千名科学家参与了“悟空”的研制。最大的挑战是提高探测器的粒子鉴别能力,就像在一个2000万人口的城市中准确找出20个人。另一挑战是要让探测器的动态范围达到100万倍,这就好比要让一个人的眼睛既能看到一名两米高的篮球运动员,同时还能看清他身上只有两微米的最小细胞。

                2015年12月17日“悟空”发射成功时,有人哭,有人笑。常进却在担心,如果不出科研成果,这还是一颗失败的卫星。

                几个月后,当他第一次看到自己的团队根据卫星探测数据绘制出伽马射线天图时,眼泪止不住地流,因为这张图表明卫星是成功的,没有辜负那么多人的心血。

                期待更大惊喜

                目前“悟空”已捕捉了47亿个高能宇宙线粒子,这些粒子中携带着深藏于天际的秘密。

                “悟空”首次从太空直接观测了最高能段的电子宇宙射线,成功获取了目前国际上精度最高的电子宇宙射线探测结果,其首批成果已于去年底发表在《自然》杂志上。

                暗物质卫星艺术构想图。紫金山天文台提供

                诺奖获得者丁肇中先生为“悟空”点赞。《自然》中国区科学总监印格致说,“悟空”的探测结果“有可能改变我们看待宇宙的方式”。

                改革开放40年使中国成为崛起的大国,从而有能力和条件为人类科学与文明进步贡献自己的智慧,这是常进以及许许多多中国科学家中国梦的一部分。

                “‘悟空’打开了观测宇宙的新窗口,我们触碰到了新的世界,我相信一定会有更大的惊喜等着我们。”常进说。

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