“悟空”擁有“火眼金睛” 窺見嶄新的宇宙面貌

　　暗物質和暗能量屬性奇特，不發光、也不參與電磁相互作用，對我們而言，它們以一種看不見摸不著的狀態存在，但其產生的萬有引力左右著宇宙的演化和物質的運動。暗物質和暗能量超出了目前物理學的認知范圍，對其物理本質的研究必將帶來基礎物理學的重大突破，產生物理學乃至科學技術的革命。

　　暗能量離我們很可能還很遙遠，暗物質卻有望在不遠的將來展現曙光。通過天文觀測，我們推斷暗物質有兩個非常重要的特征：一是其很可能是一種新的重粒子，二是其自身和普通物質之間可能有微弱的相互作用。這兩個特征允許我們可以有針對性地設計實驗探測暗物質。一般有三種探測方式，在粒子對撞機上產生暗物質粒子、在地下實驗室捕捉暗物質粒子和普通原子核的碰撞以及在太空中觀測暗物質粒子湮滅或衰變的產物。“悟空號”採用的是第三種觀測方式。

　　“悟空”本質上是一個高能粒子探測器。因為大氣層的阻擋，在地面探測這些高能量的粒子比較困難，我們就將儀器發射到太空去。“悟空”通過探測高能宇宙射線粒子，包括各種元素的原子核、電子、伽馬射線等粒子，來尋找暗物質湮滅或衰變后留下的蛛絲馬跡。“悟空”升空以來，每天繞地球飛行15圈，平均每秒鐘獲得60個高能粒子，每天獲得500萬個高能粒子。從發射到現在，衛星工作十分穩定，數據質量優異。

　　根據前530天的觀測數據，“悟空”的首批科學成果在著名的《自然》雜志發表。科研人員報道了國際上最精確的電子能譜測量結果，引起了學術界的高度關注。“悟空”的探測結果將電子的空間直接觀測能段推到了新的高度，精度也達到前所未有的程度，開辟了人們觀測宇宙的新窗口。“悟空”衛星直接測量到了電子能譜在約一萬億電子伏處的拐折，為理解高能電子的來源提供了關鍵性的數據。此外，科研人員在“悟空”的數據中發現存在反常結構的初步証據，如果最終被証實，這樣的結構將很難用天體物理過程解釋。但現有的數據量還不足以下定論。“悟空”衛星正在持續積累數據，科研人員希望通過更多的觀測數據最終能夠澄清該現象的物理本質。

　　除了暗物質探測的目標，“悟空”衛星的數據還可以廣泛地用於宇宙射線和高能天體物理的研究，為我們理解宇宙中極端條件天體和激烈活動現象等提供幫助。借助“悟空”的“火眼金睛”，我們將可以窺見嶄新的宇宙面貌。

　　 作者：袁強，系中國科學院紫金山天文台暗物質與空間天文研究部研究員