2015年，我国首颗暗物质粒子探测卫星——“悟空号”发射了，这一次它要去距离地面750千米左右的太阳同步轨道上，捕获暗物质留下的特定踪迹，并根据这些踪迹找到那些传说中的看不见的“真经”。
如今，“悟空号”已经在太空待了好几年，它的火眼金睛都看到了什么呢？我们一起去看看吧。
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隐身的“真经”
简单来说，暗物质就是不发光，也不和其他东西发生反应，很难被人找到的东西。据科学家分析，宇宙中存在着大量的暗物质和暗能量，数量大约是普通物质的6倍。这些对人类“隐身”的东西，却对整个宇宙有着重大的影响。而暗物质和暗能量的发现，也会让人们对宇宙的认识发生重大的改变，甚至改变目前的基础物理学。
为了找到暗物质，科学家想到了一个好办法，那就是找寻它们留下的特定踪迹。当一对暗物质粒子偶然碰撞时，可能会湮灭并放出电子和伽马射线等高能粒子。如果“悟空号”能够精准捕捉到这些粒子的信息，科学家就能反推出暗物质存在的蛛丝马迹。
为了能够捕捉这些高能粒子的信息，“悟空号”卫星办公桌大小的身体里，集成了近8万个电子信号通道，整体重量达到1400千克，可想而知搭载了多少探测神器。“悟空号”卫星上还装载了308根60厘米长，宽和高均为2.5厘米的“水晶棒”，这些水晶棒可以测量入射粒子的能量。宇宙中的电子和质子与这些水晶棒发生相互作用，产生像淋浴头喷水一样的簇射。电子和质子产生的簇射形状不同，科学家可以通过形状来区分电子和质子。
“悟空号”卫星是世界上迄今为止观测能段范围最宽、能量分辨率最优的宇宙射线探测器。它平均每秒能捕捉60个高能粒子，可以测量10亿电子伏特到万亿电子伏特之间的宇宙粒子。相比而言，最敏感的人眼能接收到的可见光能量，才只有2电子伏特。
02
脚踏实地的“取经路”
“悟空号”卫星非常适合寻找暗物质湮灭过程中产生的一些非常尖锐的信号，也就是电子数目随能量的变化情况。
自2016年10月以来，“悟空号”卫星频繁捕捉到来自超大黑洞CTA 102的伽马射线辐射。后续也记录到明显增强的伽马射线爆发现象。这场爆发在当年12月16日达到峰值。“悟空号”卫星记录到的最高光子能量约620亿电子伏特。
2021年，科研人员发布了首批伽马光子科学数据，绘出迄今最精确的氦核宇宙射线谱线图（质子和氦核是宇宙射线中含量最高的两种粒子，约占99%）。
03
“猴子”的救兵
“悟空号”卫星虽然可以完成观测工作，但数据的接收和处理，仍需要地面上的科研人员。这些科研人员和“悟空号”卫星密切合作，就像“悟空号”的救兵一样。
如今，飞行状态稳定的“悟空号”卫星，每天绕着地球转15圈，每圈4万多千米，一天下来要跑60多万千米。这么长的距离，探测到的数据信息也越来越多。这么多的信息，都需要背后的科研人员及时接收和处理。因此，“悟空号”卫星每次路过三亚、喀什、北京密云等地面接收站时都要汇报工作，传回数据。
地面上的科研人员看到传回的数据，就像大厨看到新鲜的食材，总想着把这些数据加工成各种可供科研人员使用的高级物理信息。“悟空号”卫星每天大概传回500万个粒子信息，但其中只有约0.1%是有用的电子，光子的数量就更少了。
为了更好地与“悟空号”卫星合作，科研人员每天早上5点就开始看“悟空号”的各项参数是否正常，8点前要看完前一天的卫星观测科学数据是否正常，接下来还要重建数据，直到晚上才能结束。
对于科研人员来说，“悟空号”卫星发回来的每一项数据都很珍贵，值得大家认真分析。好在，“悟空号”不负众望，这几年不仅运行正常，传回了海量观测数据，甚至还在既定的工作寿命之后，仍然表现良好，延长了服务年限。
科学家们相信，“悟空号”卫星的表现如此优秀，再加上大家的齐心协力，距离我们研究透彻暗物质和暗能量的那一天，肯定越来越近了。
科学小剧场
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我是来自山东省济南市长清区凤凰路小学四（10）中队的高浩天。我很喜欢科学，科学能丰富我的视野。《我们爱科学》杂志，我每期都会认真地读，它让我了解了更多科学知识，书里的内容很有趣，比如：“科学大侦探”、“科学大事件”将丰富多彩的科学知识形象化，我很喜欢它，因为它让我喜欢上了科学。我希望我长大可以成为科学家，为祖国的科技事业增砖添瓦！
编 辑 | 何金梅（天津财经大学站）
校 对 | 喻梦真
校 审 | 雷智颖 牛晓乐
值班编委 | 张巧云 刘 斐
供 稿 | 《我们爱科学》杂志返回搜狐，查看更多
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