在天文学界和物理学界,有一个被科学家称为世纪之谜的问题待解,这便是暗物质。为了探究这个奥秘,找到暗物质粒子存在的证据,2011年,中国科学院正式将暗物质粒子探测卫星列入中国科学院战略先导专项空间科学项目,并作为我国科学卫星系列的首发卫星。经过4年多的筹备,卫星已经完成研制并整体交付。今年年底,暗物质粒子探测卫星将在酒泉卫星发射基地择机发射。
9月29日,探测卫星的牵头研制单位——中国科学院紫金山天文台在南京举行了卫星全球征名活动的启动仪式。
暗物质是不带电荷的,也没有电磁场的相互作用,能像幽灵一样穿透阻碍物,不着痕迹地从身边飞走。因此尽管我们周围存在暗物质,例如平均1立方厘米的空气中可能就有上千颗暗物质粒子,但并不能为我们所看到或感觉到。
暗物质粒子探测卫星项目组成员、紫金山天文台助理研究员冯磊介绍,支持暗物质假说主要的观测证据之一是旋转曲线。行星围绕着恒星旋转,其速度由这两者吸引力的大小决定,而吸引力的大小又取决于两者的质量。在研究漩涡星系时,科学家发现,其吸引力所需要的质量远远超出我们所能观测到的物质总量,否则行星就会冲破引力的束缚飞向茫茫宇宙,因此进一步推断,在人类已知的物质之外,还有另外一种物质存在。
目前世界范围内大致有三种方法来对暗物质进行捕获。第一种是基于暗物质能与普通物质产生互相作用的假设。简单地说,研究过程就是将一个静止的靶子设置好,如果暗物质打进来,带电原子核就会飞出去,科学家也将能捕获其信号。目前,各国有不少这样的散射实验项目,其中我国四川锦屏的地下实验室是目前世界上最深的研究暗物质实验室。
在这个领域,欧洲的DAMA实验团队曾声称已经观测到暗物质,但包括美国LUS团队和四川锦屏团队在内的其他探索,均未证实此发现。
为了进一步寻找暗物质,2011年,中科院紫金山天文台自主提出暗物质粒子探测卫星计划。2015年底,首颗探测卫星将被放入外太空寻找暗物质。
暗物质卫星科学应用系统总设计师伍健介绍,和此前的探索手段相比,暗物质粒子探测卫星能探测的粒子的最大能量大约是阿尔法磁谱仪2号的10倍;同时,能量分辨率更高,比NASA费米卫星的准确率提升了10倍,并能观测阿尔法磁谱仪2号所无法观测的光子;此外,还提高了电子与质子相互区别的能力,将对两者的误判下降到几十万分之一。
暗物质距离人类生活如此遥远,科学家为什么愿意花这么多时间、精力和成本去寻找?
这一方面源自人类对于未知的好奇心和求知欲,另一方面,科学研究的价值和意义虽然有时在短期内无法显现,但却往往能带来一些效果显著的‘副产品’,给科技和生活带来变革。例如在这颗卫星的研制过程中,曾需要一种BGO晶体,但此前世界范围内最长的该类晶体只有30厘米,科学家们为此更新了技术,实现晶体60厘米的突破,并将其应用在工业和国防领域。