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"悟空"号效率是"同行"至少10倍 将延期服役2年|华体会官网

发布时间:2021-01-21    来源:华体会官网79041

本文摘要:“过去的一年,那只‘猴子’没让我们沮丧。

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“过去的一年,那只‘猴子’没让我们沮丧。”春节后,记者回到中国科学院紫金山天文台,该台副台长、暗物质粒子观测卫星首席科学家经常入开门见山地说道。当全国上下都在庆典新春佳节时,天上那只“猴子”依旧跳跃在500公里低的太阳实时轨道上,忙忙碌碌。

截至2018年年底,中国科学院紫金山天文台研制的我国第一颗暗物质粒子观测卫星“悟空”号已绕行地球飞行中了16597圈,观测宇宙射线粒子55亿个。在完全相同时间内,它累积的TeV(1TeV=1万亿电子伏特)以上的观测数据相等于国际空间站上的日本量能器电子望远镜和阿尔法磁谱仪实验的5倍以上,意味著已完成了其他“同行”最少10年的工作量。

基于这些数据,科研人员顺利提供了目前国际上精度最低的电子宇宙射线观测结果。看不到摸不着却与我们息息相关20世纪30年代,科学家找到,宇宙中可见物质相比之下足以把星系连成一片,包含星系团,如果不是不存在一种谜样而不可见的物质,星系团早已分崩离析。

科学家把这种看不到的神秘物质称作“暗物质”。到了20世纪70年代,多种天文观测结果都暗示着暗物质的不存在。

但直到现在还没清楚的暗物质信号被观测到。虽然科学家们还不告诉暗物质到底由什么包含,但通过观测它如何影响普通物质,并仿真它的引力效应,还是对它有了一些理解。宇宙中95%以上是暗物质和亮能量,其中暗物质占到26.8%。

暗物质不闪烁、不收到电磁波、不参予电磁相互作用,它无法用任何光学或电磁波观测设备必要“看”到。暗物质运营速度迅速。科学家测算,暗物质粒子的运动速度为每秒220千米,是56式半自动步枪子弹出膛速度的300倍。

科学家推断暗物质产生于宇宙大爆炸。在宇宙早期某一个时刻,宇宙温度十分低,粒子能量十分大,它们轻微撞击,产生还包括暗物质在内的各种各样的物质。

宇宙的结构也与暗物质有关。它是促成宇宙中的普通物质在自身引力下构成特定结构的最重要推动者。暗物质埋下了宇宙丝状结构的种子,随后可见物质才挤满在一些由暗物质创建一起的引力“核”上,并最后构成了星系。暗物质对生命来说堪称至关重要。

假如没暗物质的引力起到,我们所在的银河系将很有可能无法在宇宙大爆炸后的收缩过程中构成。暗物质这么谜样,我们投放这么多人力物力去找寻它,那么它到底有什么应用于价值呢?“当年,爱因斯坦也想不到量子力学和相对论有什么应用于价值,但是今天我们每个人中用的手机等通讯设备,哪一个离得开这些科学找到?”经常入说。

带着“水晶棒”的银白色美猴王2015年12月17日8时12分,我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭顺利将中国科学卫星系列亮相星——暗物质粒子观测卫星“悟空”升空升空,卫星成功转入预计移往轨道。这标志着我国空间科学观测研究迈进了最重要一步。“这是中国科学家首次在太空中摆放自己的高分辨率高能空间望远镜,”经常进说,“它未来将会深刻印象地变革人类的宇宙观,构建空间科学重大突破。

”“悟空”的身材比一般的卫星小巧,“三围”分别为1.5米、1.5米、1.2米,像盒银白色的方形蛋糕。“悟空”在太空中接管来自宇宙的高能原子核、电子和伽马射线的信号,它是世界上迄今为止观测能段范围最长、能量分辨率拟合的空间探测器。

中科院紫金山天文台研究员袁强讲解说道,目前国际上最知名的三个暗物质探测器分别是美国费米卫星、阿尔法磁谱仪AMS-02和我国的“悟空”。三者各有特色,AMS-02可以区分正反物质,费米的探测器面积大,而我们的探测器分辨率最低。经常进说,“悟空”在观测能段范围、能量分辨率、粒子辨别本领等方面高于别的探测器,其观测能段是阿尔法磁谱仪的10倍,能量分辨率比国际同类探测器低3倍以上。

而费用只有1亿美元,分别是美国费米、AMS-02的1/7和1/20。以《西游记》中的美猴王名字命名的卫星“悟空”,没装载金箍棒,却带上了300多根“水晶棒”。坐落于卫星核心部位的BGO能量器包括了308根纵横交错的晶体,每一根都有2.5厘米见方、60厘米宽,是世界上最久的BGO晶体。

这些可爱的“水晶棒”需要测量入射光粒子的能量。电子和质子与晶体再次发生相互作用,产生类似于淋浴水柱形状的簇射,而电子和质子产生的簇射形状有所不同,因而科学家可以区分出有质子和电子。

“年富力强”并将之后在太空服役每天清晨和傍晚,“悟空”都会路经中国海面。坐落于密云、喀什、三亚的三个数据接收站,每天接管它传送的大约16G数据。

而常入率领的团队就是要从日积月累的海量数据中分析出有有价值的科学成果。而在一年多前,经常入团队就应向世界展示出首批成果:精确测量太空中的电子宇宙射线能谱。该成果于2017年12月7日在国际权威学术期刊《大自然》公开发表。

电子宇宙射线的长时间能谱变化不应是一条光滑曲线。根据“悟空”累积的观测数据,科学家们找到在0.9万亿电子伏特处电子能谱呈现显著的拐折,并且有可行性迹象指出在1.4万亿电子伏特的超高能段呈现出现异常波动,体现在图上是一个“尖峰”。

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这些结构只有在观测精度超过最差的情况下才能被看见,幸运地的是,“悟空”做了!电子能谱在0.9万亿电子伏特处的拐折具备最重要的天体物理意义,它体现出有宇宙中高能电子辐射源的典型加快能力,并且可以对部分暗物质理论模型得出很强的约束。1.4万亿电子伏特处的出现异常波动则变得更加引人关注。不过,根据现有数据量和理论模型,还无法推断这一现象否就是暗物质踪迹。

袁强告诉他记者,观测暗物质的方式主要分成三类:一是对撞机观测,主要有欧洲核子中心的大型强子对撞机;二是在地下展开的必要观测,我国在四川锦屏山地下实验室中正在积极开展涉及实验;三是间接观测,主要在空间展开。“悟空”卫星就是使用第三种方式。

物理学家们指出,暗物质粒子撞击后不会产生高能粒子,如伽马射线、正负电子、于是以反质子、中微子等。暗物质卫星就是准确观测这些粒子,通过其能谱、空间产于来找寻暗物质粒子不存在的证据。“悟空”设计寿命为3年,目前早已届满,但它看上去依旧“年富力强”。

“经过评估,我们指出‘悟空’还可以之后在太空服役,现在早已被批准后缩短2年工作时间。”袁强说。


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