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【解放日报】我国首颗暗物质探测卫星昨成功发射进入预定转移轨道 “悟空”核心载荷BGO晶体,上海造
2018-01-19 16:20:33 | 【 【打印】【关闭】

  ■本报记者 俞陶然 徐瑞哲

  昨天上午8时12分许,我国首颗暗物质探测卫星“悟空”在酒泉成功发射,顺利进入预定转移轨道。这是我国历史上首个大型空间探测装置,它将探测宇宙中暗物质存在的间接证据,有望帮助科学家揭开21世纪物理学之谜。值得一提的是,上海科研人员为“悟空”核心载荷打造了物质基础,并创造世界纪录。

  21世纪物理学有两朵“乌云”

  暗物质和暗能量,被科学界称为“笼罩在21世纪物理学上的两朵乌云”。上海交通大学鸿文讲席教授、粒子与核物理研究所所长季向东介绍,天文学家发现,他们观测到的一些宇宙大尺度现象,与广义相对论、牛顿力学的理论预测并不相符。

  物理学家因此推测,这些星系里存在人类还无法观测到的物质。它们的质量非常大,使星系外侧的恒星高速运转,并有足够大的引力“拉”住这些高速运转的星球。这些“暗物质”与人类已知的物质一样具有质量,却不与其发生电磁作用和强相互作用,因此人类几乎无法观测到。暗物质的密度很小,但数量庞大,因此总质量大得惊人。据推测,银河系中暗物质的质量比普通物质多20倍以上;在整个宇宙,普通物质只占5%左右,暗物质占27%左右,另外68%左右的质能则来自“暗能量”——一种充溢空间、增加宇宙膨胀速度的能量。

  用空间高能设备探测暗物质

  目前,寻找暗物质的方案有三种。一是利用大型强子对撞机,模拟宇宙大爆炸之初的“开天辟地”场景,寻找暗物质的蛛丝马迹;二是深入地下空间,在屏蔽宇宙射线影响的条件下,探测暗物质粒子与普通物质粒子碰撞时发出的微弱信号;三是空间间接探测,由于宇宙中的暗物质粒子会湮灭或衰变,该过程发出的宇宙射线可能被太空中的探测器发现。

  “悟空”采用第三种方案。中国科学院国家空间科学中心负责人介绍,这颗卫星是目前全球观测能段范围最宽、能量分辨率最优的暗物质粒子探测卫星。它的主要科学目标有三个,分别是:通过在空间高分辨、宽波段观测高能电子和伽玛射线寻找和研究暗物质粒子,在暗物质研究这一前沿科学领域取得重大突破; 通过观测TeV(万亿电子伏)以上的高能电子及重核,在宇宙射线起源方面取得突破; 通过观测高能伽玛射线,在伽玛天文方面取得重要成果。“悟空”属于大型空间高能观测设备,其工作轨道为高约500千米的晨昏太阳同步轨道。

  BGO晶体成“悟空”的视网膜

  卫星搭载的最核心载荷是“BGO量能器”。BGO晶体研制单位、中科院上海硅酸盐研究所介绍,“悟空”卫星有效载荷重达1400公斤,其中BGO晶体重达824公斤。

  硅酸盐所陈俊锋博士表示,BGO晶体是与可能存在的暗物质粒子湮灭产物相互作用的直接媒介,如果将BGO量能器比作卫星探测暗物质的眼睛,那么BGO晶体就是卫星探测暗物质的“视网膜”。

  目前,BGO晶体在核医学、粒子物理、核物理、天体物理和石油测井等辐射探测领域有广泛应用,但已报道最长的BGO晶体仅为40厘米长,许多业内专家甚至认为,制备60厘米的尺寸是“不可能完成的任务”。

  在中科院空间科技先导项目支持下,从2011年6月起,上海硅酸盐所中试生产一线(BGO研究组)在国际上率先进行了60厘米长BGO晶体制备科技研究,使上硅所成为世界上能研制并量产这一长度BGO晶体的唯一供应商,迄今保持着BGO晶体长度方面的世界纪录。连率先发现宇宙高能电子“异常超出”的美国南极气球实验,也采用了这条生产线提供的BGO晶体。

  《解放日报》 (2015-12-18 第11版 科教卫体 文化)

  文章链接:http://newspaper.jfdaily.com/jfrb/html/2015-12/18/content_158215.htm

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