人民日报：中国科学院紫金山天文台“悟空”号卫星载荷与科学团队——仰望星空的奋斗者

中国科学院紫金山天文台“悟空”号卫星载荷与科学团队——仰望星空的奋斗者

本报记者 姚雪青

人民日报 2021年5月6日 第 06 版

在我们身边，每时每刻都有无数暗物质粒子穿越人体和其他物质，看不见摸不着。宇宙中约分布着27%的暗物质和68%的暗能量，人类所感知的浩瀚星海，只占剩下5%。隐藏宇宙是什么模样？

一群仰望星空的年轻人，探寻来自暗物质的蛛丝马迹

距离地球500公里的轨道上，我国第一颗天文卫星“悟空”号以日行65万公里的速度，“捕捉”着四面八方的宇宙射线。在中科院紫金山天文台，有一群仰望星空的年轻人，日夜兼程“破译”蕴藏在宇宙射线中的密码，探寻来自暗物质的蛛丝马迹。

“科学家主要有三种方法探测暗物质：利用加速器，将暗物质粒子‘创造’出来；在地下布好‘靶子’，等暗物质粒子撞击留下可见粒子的影子；到茫茫太空中，‘捕捉’暗物质粒子湮灭或衰变后的痕迹。”“90后”特别研究助理岳川介绍，“悟空”采用的是第三种方法。

2015年12月16日晚上8点，酒泉卫星发射中心，距卫星发射还有12小时，火箭燃料已加注完毕。当年33岁的副研究员胡一鸣登上发射塔架，开始最后几小时的星箭维护。“心里特别紧张，又特别激动！”他这样形容当时的心情。

本打算到现场观看发射的载荷工程师陈灯意，临时接到指令，进行发射前的载荷监控。在卫星内部，4个载荷从上到下组装在1立方米的空间中，如同一个4层的银色蛋糕。眼前的监测屏幕上，数据平稳闪动着。

“载荷正常！”“卫星正常！”“3、2、1，发射！”

13分钟过去，卫星张开“翅膀”，开始接收太阳辐射——发射成功了！看不到发射现场的盛况，听不到指挥大厅的掌声，但他知道许多人都在等待这一刻，眼泪禁不住地往下流。

要想看得更清楚，必须到太空去探测

宇宙高能粒子穿透性强，被探测器的载荷“打碎”成大量次级低能粒子，才能被“拦截”下来观测。载荷“蛋糕”第三层的BGO量能器，有308根60厘米长、2.5厘米宽和高的晶体，可将粒子转换成荧光光子进行测量——这是“悟空”的一项看家本领。

“套筒要制得笔直，光电倍增器要装得精确，两根头发丝的误差就可能导致失败。”陈灯意透露团队的秘诀：首先要大胆创新，他们首次尝试用碳纤维材料减重，让载荷比高达1∶9；又得细心缜密，晶体脆弱易碎，只能一次集成，没有纠错的机会；还得考验毅力，小组从早上9点工作到凌晨两点，一干就是一个月。

对胡一鸣来说，除了发射成功，另一个幸福时刻出现在2014年。欧洲核子中心宣布，第一次将中国卫星束流试验项目纳入认证名录。

紫金山天文台研究员、暗物质卫星首席科学家常进院士，早在2008年就曾参与南极气球项目，研究空间探测高能宇宙射线粒子。但气球飞得再高也还在大气层里，高能粒子与大气碰撞就会产生大量“噪音”。要想看得更清楚，必须到太空去探测。

2011年，暗物质粒子探测卫星正式立项。胡一鸣在常进的带领下，参与了4次束流试验。这是“悟空”上天前的大考。团队将等比例缩小的原理样机运往欧洲，在极其有限的时间窗口内，通过争分夺秒的数据测算，考察探测器的可靠性与灵敏度。

“那个中秋节期间，我们72小时不眠不休坚守试验现场，完成了一系列高能粒子束流标定，显示探测器技术指标达到国际先进水平。”胡一鸣回忆，标定成功后，大家累得倒头睡了两天两夜。

坚守初心、奋斗进取，年轻的他们使命在肩

“悟空”上天后，每天传送回500万个粒子信息。其中，暗物质的“候选者”电子不到千分之一。而且，“悟空”有7万多路电子学信号通道，这个“沙里淘金”的过程，如同“7万多个盲人在摸象”。

岳川介绍，如此庞杂的“翻译”过程，靠人海战术远远不够，需要开发软件来实现自动化、批量化完成——首先把二进制信号转换成可读信息，将每个“盲人”的感觉统一标准，然后将大家摸到的部分拼凑到一起，构建出粒子的模样，最后挑选出仅占千分之一的高能电子。

为了提高准确率，分析软件已修改了约8900次。“团队成员来自天文、物理、工程等不同领域，‘翻译’成什么形式、如何表述、怎样存取，每次都要激烈讨论。”副研究员李翔说，一次次交流碰撞中，方案优化完善逐渐形成。

日复一日的“解码”，让团队有了新发现——电子宇宙线在1.4万亿电子伏特的超高能谱段突然出现剧烈波动，呈现一个疑似尖峰。“如果该结构最终被证实，则表明此处有一个全新的物理现象。”李翔解释，虽然还无法断定这就是暗物质踪迹，但可能是离暗物质最近的重要迹象。

借助“悟空”的火眼金睛，团队还绘制出伽马射线天图，搜寻可能深藏的暗物质踪影。“盯牢‘悟空’的同时，我们也在准备着下一代暗物质粒子探测卫星的研制。”胡一鸣说。

今年，平均年龄不足35周岁的“悟空”号卫星载荷与科学团队荣获“中国青年五四奖章集体”。坚守初心、奋斗进取，年轻的他们使命在肩。

暗物质和暗能量未来能给人类带来什么，是现在所无法想象的。拨开“27%”的面纱、探索隐藏宇宙的奥秘，这支青春的队伍步履不停、勇往直前。