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　　愛(ài)因斯坦曾說(shuō)過(guò)：“宇宙中最不可理解的事是，宇宙是可以理解的?！痹诤棋珶o(wú)垠的宇宙中，目前能被人類觀測(cè)到的部分只有5%，還有95%看不見(jiàn)摸不著的部分是暗物質(zhì)和暗能量。
　　2015年12月，“悟空”暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星發(fā)射升空，這是中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)的首發(fā)星，也是中國(guó)發(fā)射的首顆天文衛(wèi)星，由中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院抓總研制，中科院多家科研院所共同參加有效載荷、科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)等工程項(xiàng)目研制工作。中科院紫金山天文臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱紫金山天文臺(tái)）是“悟空”暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星的首席科學(xué)家單位和項(xiàng)目發(fā)起單位。
　　“我們探索暗物質(zhì)的道路才剛剛開始，還會(huì)有越來(lái)越多的好消息傳來(lái)。”這是暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星首席科學(xué)家、紫金山天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)、中科院院士常進(jìn)經(jīng)常掛在嘴邊的一句話。
　　近日，暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星和科學(xué)研究入選中科院“率先行動(dòng)”計(jì)劃59項(xiàng)重大科技成果及標(biāo)志性進(jìn)展之一。
　　來(lái)自中國(guó)的建議
　　太陽(yáng)繞銀河系中心旋轉(zhuǎn)一周所需的時(shí)間是2.3億年，要把太陽(yáng)固定在這樣的圓周軌道上運(yùn)動(dòng)需要向心力，產(chǎn)生這樣的向心力需要太陽(yáng)軌道內(nèi)包含大約1011倍太陽(yáng)質(zhì)量的物質(zhì)，而可以觀測(cè)到的恒星和氣體的質(zhì)量只有大約一半。
　　“由此可見(jiàn)，還有一些不可見(jiàn)的物質(zhì)貢獻(xiàn)了更強(qiáng)的引力，這些物質(zhì)可能是暗物質(zhì)?！背＿M(jìn)以太陽(yáng)的運(yùn)行為例向《中國(guó)科學(xué)報(bào)》介紹道，“暗物質(zhì)是宇宙的主要組成成分之一，約占宇宙總份額的1/4，對(duì)暗物質(zhì)物理本質(zhì)的認(rèn)識(shí)將突破現(xiàn)有的物理學(xué)框架，打開新的物理世界大門。”
　　近年來(lái)，探測(cè)暗物質(zhì)粒子已成為一項(xiàng)重大科學(xué)問(wèn)題，世界各國(guó)正在不遺余力地通過(guò)各種手段開展暗物質(zhì)探測(cè)研究。
　　早在20世紀(jì)末，紫金山天文臺(tái)的空間天文團(tuán)隊(duì)就開始從事空間間接探測(cè)暗物質(zhì)的研究。1997年，美國(guó)宇航局在南極開展了一項(xiàng)名為ATIC（先進(jìn)薄電離量能器）的氣球探空項(xiàng)目，用來(lái)觀測(cè)宇宙線。當(dāng)年，常進(jìn)從這個(gè)項(xiàng)目中敏銳地發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題：“ATIC只觀測(cè)宇宙線，有點(diǎn)浪費(fèi)呢！”
　　于是，遠(yuǎn)在中國(guó)的常進(jìn)給ATIC項(xiàng)目首席科學(xué)家發(fā)出一封建議郵件，并通過(guò)自己的反復(fù)演算和證明，最終說(shuō)服對(duì)方使用自己團(tuán)隊(duì)研發(fā)的觀測(cè)高能電子和伽馬射線的新技術(shù)方法。2000年底，重達(dá)兩噸的ATIC觀測(cè)設(shè)備在南極升空，在距離地面37公里的高空，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)高能電子的觀測(cè)。
　　在常進(jìn)的建議下，ATIC項(xiàng)目誕生了一項(xiàng)最有價(jià)值的發(fā)現(xiàn)——宇宙射線正負(fù)電子在高能段超出天體物理背景模型。
　　2008年11月，一篇題為《3000億~8000億電子伏特能量區(qū)間的宇宙射線電子“超”》的文章發(fā)表在《自然》上，報(bào)道了科研團(tuán)隊(duì)第一次發(fā)現(xiàn)宇宙高能電子異常，常進(jìn)是論文的第一作者。
　　隨后，常進(jìn)發(fā)現(xiàn)：“氣球?qū)嶒?yàn)觀測(cè)時(shí)間短、數(shù)據(jù)量較小，殘余大氣導(dǎo)致的系統(tǒng)誤差也比較大，因此對(duì)該正負(fù)電子‘超’的本質(zhì)無(wú)法給出準(zhǔn)確的答案?！睘榇耍麕ьI(lǐng)團(tuán)隊(duì)想到發(fā)射空間衛(wèi)星進(jìn)一步改進(jìn)測(cè)量，以期在電子觀測(cè)以及暗物質(zhì)探測(cè)方面取得突破。
　　將想法變成現(xiàn)實(shí)
　　基于南極氣球?qū)嶒?yàn)以及前后開展的載人航天、探月等一系列項(xiàng)目中積累的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，在中科院“率先行動(dòng)”計(jì)劃的支持下，2011年12月空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星正式立項(xiàng)，2015年12月，“悟空”暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星成功發(fā)射。常進(jìn)帶領(lǐng)中科院暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星和科學(xué)研究團(tuán)隊(duì)僅用了4年時(shí)間就將想法變成現(xiàn)實(shí)，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)空間天文衛(wèi)星零的突破。
　　常進(jìn)從小喜歡物理，本科選擇了中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)近代物理專業(yè)。1992年來(lái)到紫金山天文臺(tái)后，他開始從事空間探測(cè)研究。為何要“轉(zhuǎn)行”？他的回答是：“空間探測(cè)是以近代物理的研究為理論基礎(chǔ)，只是把實(shí)驗(yàn)從地面搬到太空?！?br/>　　中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院研究員李華旺是暗物質(zhì)衛(wèi)星系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師，他告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，暗物質(zhì)衛(wèi)星絕大部分工作是由國(guó)內(nèi)科研單位完成的。
　　其中，暗物質(zhì)衛(wèi)星的探測(cè)器研制單位包括紫金山天文臺(tái)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、中科院高能物理研究所、中科院近代物理研究所和中科院國(guó)家空間科學(xué)中心；衛(wèi)星平臺(tái)由中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院研制；載荷所用的BGO晶體材料由中科院上海硅酸鹽研究所研制。
　　在國(guó)際合作方面，瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)和意大利佩魯賈大學(xué)參與了硅徑跡探測(cè)器的研制。當(dāng)前正在從事的數(shù)據(jù)分析和科學(xué)研究工作，也由中國(guó)、瑞士和意大利等數(shù)家單位的科研人員組成的分析團(tuán)隊(duì)聯(lián)合開展。
　　紫金山天文臺(tái)是有效載荷總體及科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)所在單位，負(fù)責(zé)有效載荷的總體設(shè)計(jì)和研制，具體承擔(dān)了4個(gè)子探測(cè)器中的2個(gè)，即BGO量能器和中子探測(cè)器的研制（BGO量能器主任設(shè)計(jì)師單位是中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)），并且承擔(dān)了地面科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)等工作。
　　“悟空”發(fā)射升空后，常進(jìn)感嘆道：“所有這些工作都離不開載荷研制單位的支持和合作，大家一起保證儀器運(yùn)行正常、數(shù)據(jù)刻度準(zhǔn)確、科學(xué)成果可靠?！?br/>　　“延壽”平穩(wěn)運(yùn)行
　　2019年9月，“悟空”暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星第二批科學(xué)成果正式公布?！拔蚩铡鲍@得TeV-100 TeV（1TeV=1萬(wàn)億電子伏特）能區(qū)精確的宇宙線質(zhì)子能譜，并發(fā)現(xiàn)新的譜結(jié)構(gòu)。這是“悟空”繼電子能譜觀測(cè)后取得的又一項(xiàng)重要發(fā)現(xiàn)。
　　“暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星是我國(guó)首顆專門用于科學(xué)研究的衛(wèi)星，很多工作沒(méi)有現(xiàn)成的經(jīng)驗(yàn)可以照搬，需要大家‘小心而又大膽’地摸索?！背＿M(jìn)解釋道，“小心”是指做任何一件工作都必須高度負(fù)責(zé)，十分謹(jǐn)慎、考慮周全；“大膽”則是在沒(méi)有先例的情況下要敢想敢做敢試。
　　在研究過(guò)程中，擺在科研團(tuán)隊(duì)面前的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題是，我國(guó)的空間科學(xué)研究跟國(guó)外比起來(lái)，起步晚了很多年，用于空間項(xiàng)目的投入也相對(duì)較少，這樣的情況下如何能夠在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中取得優(yōu)勢(shì)，是非常大的挑戰(zhàn)。
　　常進(jìn)介紹道：“我們采用了獨(dú)辟蹊徑的設(shè)計(jì)思路，不貪大求全，在某些指標(biāo)方面做到國(guó)際領(lǐng)先?！笔聦?shí)表明，“悟空”暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星以遠(yuǎn)低于國(guó)際上其他同類設(shè)備的價(jià)格，實(shí)現(xiàn)了能量分辨率、觀測(cè)能段覆蓋和粒子鑒別能力等幾項(xiàng)指標(biāo)世界最優(yōu)，為取得最好的科學(xué)成果奠定了基礎(chǔ)。
　　空間工程項(xiàng)目特點(diǎn)是投資大，風(fēng)險(xiǎn)也大。一顆衛(wèi)星送上天了就沒(méi)有辦法維修，一個(gè)小的毛病就可能導(dǎo)致這顆衛(wèi)星“報(bào)銷”。常進(jìn)經(jīng)常打比方說(shuō)：“一塊錢的電阻可能使幾百億元的衛(wèi)星‘報(bào)銷’，所以我們的責(zé)任很大?！?br/>　　暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星是一個(gè)團(tuán)隊(duì)的工程，最多時(shí)有300多人參與研制?！靶l(wèi)星研制過(guò)程中遇到了好多問(wèn)題，其中有些問(wèn)題光靠年輕人是不夠的?！背＿M(jìn)回憶道，“我的已從大學(xué)退休的老師們也參與其中，無(wú)償幫助我們解決難題，很讓人感動(dòng)?！?br/>　　李華旺透露，如今“悟空”號(hào)各探測(cè)器完好如初，已經(jīng)進(jìn)入“延壽”運(yùn)行階段。
　　目前，常進(jìn)團(tuán)隊(duì)的主要任務(wù)是保證暗物質(zhì)粒子衛(wèi)星平穩(wěn)運(yùn)行，采集更多的數(shù)據(jù)用于科學(xué)研究，并對(duì)儀器的性能進(jìn)行進(jìn)一步的準(zhǔn)確刻度，提高測(cè)量精度，減小系統(tǒng)誤差。“我們正在積極開展下一代暗物質(zhì)粒子探測(cè)器的設(shè)計(jì)和關(guān)鍵技術(shù)預(yù)研究，期望在不遠(yuǎn)的將來(lái)，我們能找到暗物質(zhì)粒子?！背＿M(jìn)說(shuō)。
　?。ㄔd于《中國(guó)科學(xué)報(bào)》 2020-08-27 第1版 要聞)