中国首颗发射的科学实验卫星是暗物质粒子探测星“悟空”

2015年12月24日，我国科学卫星系列首发星——暗物质粒子探测卫星“悟空”在升空后的第7天，成功获取首批科学数据并下传至中科院国家空间科学中心空间科学任务大厅。

暗物质粒子探测卫星“悟空”由中国科学院微小卫星创新研究院总研制，系统总设计师为李华旺。

2016年3月，暗物质粒子探测卫星“悟空”圆满完成3个月的在轨测试任务，17日顺利交付用户单位——中国科学院紫金山天文台，之后科学家将与“悟空”一起寻找暗物质。

至当月，“悟空”已完成了2/3天区的扫描，数据分析正在紧张进行中，预计2016年底将公布首批科学成果。

我国暗物质粒子探测星2011年立项，2015年12月17日8时12分搭载长征二号丁运载火箭成功进入500公里预定轨道。

经过3个月在轨测试，4大科学载荷——塑闪阵列探测器、硅阵列探测器、BGO量能器和中子探测器功能性能稳定，上注至卫星的全部指令均正确执行，星地链路通畅，完成了所有既定测试项目，卫星各项技术指标达到或超过预期。

暗物质粒子探测卫星首席科学家、紫金山天文台副台长常进介绍说，截至3月17日，“悟空”在轨飞行92天，共探测到4.6亿个高能粒子，完成了2/3天区扫描。目前卫星地面支撑系统接收原始数据文件约2.4TB，生成科学数据产品41类，全部科学数据产品正确、完备，有力支撑了科学应用开展数据分析和科学研究。

“我们将充分利用卫星和载荷的优越性能，抓紧时间处理和分析卫星数据，争取早出成果。”常进说，“目前数据分析正在紧张进行中，预计年底将公布首批科学成果。”

暗物质研究是国际科学前沿。我国暗物质粒子探测卫星有望在暗物质粒子探测和宇宙线物理这两大科学难题上取得突破，同时为更好地研究伽马射线天文学等相关重要科学问题提供一个新的平台。

据介绍，“悟空”预计在轨工作3年，前2年主要进行巡天观测，后1年根据前2年的观测结果，进行定点扫描。

“悟空”是我国发射的第一颗科学实险卫星，与其他应用卫星不同，科学实验卫星上天之后要有科学产出，提供科学知识。中国科学院国家空间科学中心主任吴季介绍说，2016年我国计划陆续发射量子科学实验卫星、实践十号卫星、硬X射线调制望远镜卫星等科学实验卫星，我国空间科学正在进入发展的好时期。

“选择空间科学卫星的研究目标非常重要，其成果只有世界第一，没有中国第一。空间科学卫星的目标由科学家来定，而不像应用型卫星目标由用户来定。”吴季介绍，2011年1月，中国第一个空间科学卫星计划“空间科学战略性先导科技专项”正式启动，首批空间科学卫星遴选项目时重点考察两个方面：一是科学产出的重大性，即是不是重大前沿，能否实现重大突破；二是考虑它的带动意义，是不是能广泛地带动科学的发展，带动更多的科学家参与数据分析。

暗物质探测卫星成为“空间科学先导专项”发射的第一颗实验卫星。

所谓暗物质，是指不发射出任何光及电磁辐射的物质，目前人们只能通过引力产生的效应得知其存在。长期以来，暗物质和暗能量都被认为是笼罩在21世纪物理学上的两朵“乌云”。

天文学家推测，宇宙中最重要的成分是暗物质和暗能量，前者占宇宙的25%，后者占70%，而我们通常所观测到的普通物质只占宇宙质量的5%。

也就是说，我们的宇宙大部分由看不见的物质组成。“宇宙中所占比例最多的东西反而是人类最迟也最难了解的，至今仅知道它们的存在，但还不清楚它们的性质。”

科学家们认为，暗物质是宇宙大爆炸的产物，在宇宙演化中起着决定性作用，同时也决定着宇宙未来的命运。

“按照现有的粒子物理标准模型，科学家预测到61种基本粒子，这61种基本粒子都找到了，包括前些年找到的‘上帝粒子’（希格斯玻色子），但是暗物质粒子的物理性质和这61种粒子不吻合，现有的物理知识无法解释暗物质。如果我们探测和研究暗物质粒子，很可能会带来物理学的革命性突破。”常进说，“如果能揭开它们的秘密，就有可能解决宇宙之谜。”

目前中国和世界多个国家已着手筹建或实施多个暗物质探测实验项目。据中国国家空间科学中心的数据显示，“悟空”是迄今（2016年3月）为止观测能段范围最宽、能量分辨率最优的暗物质粒子探测卫星，超过国际上所有同类探测器。

目前，人类用来捕捉暗物质的方法仅有三种，可以形象地称之为“上天、入地、对撞机”。国际上现已有欧洲核子中心的大型强子对撞机、安装在国际空间站上的阿尔法磁谱仪，以及美国航空航天局的费米太空望远镜等设备在寻找暗物质，但目前找到的都还只是一些“疑似证据”。

其中，“上天”是间接探测方法，即捕捉暗物质互相碰撞、湮灭时产生的痕迹。我国发射的暗物质粒子探测卫星，采用的也是间接探测的方法。

“入地”则是一种直接探测的方法，该方法是直接探测暗物质粒子和普通原子核碰撞所产生的信号。位于我国四川的锦屏极深地下暗物质实验室就使用这种探测方法，这是我国首个用于开展暗物质探测等国际前沿基础研究课题的极深地下实验室。

“对撞机”则是在加速器上将暗物质粒子创造出来，并研究其物理特性。

科学家们寄希望于这三种方法互为补充，可以互相印证。