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研發(fā)歷程

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成功發(fā)射

2015年12月17日8時12分，我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用長征二號丁運載火箭丁成功將暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空”發(fā)射升空，衛(wèi)星順利進入預定轉(zhuǎn)移軌道。此次發(fā)射任務圓滿成功，標志著我國空間科學研究邁出重要一步。

“悟空”肩負著去太空尋找暗物質(zhì)存在證據(jù)的使命，它擁有“火眼金睛”，觀測能段、能量分辨率超過上其他同類探測器，可謂“神通廣大”，有望在物理學前沿帶來重大突破。

暗物質(zhì)和暗能量被科學家們稱為“籠罩在21世紀物理學上的兩朵烏云”。目前，中國和世界各國已著手籌建或?qū)嵤┒鄠€暗物質(zhì)探測實驗項目，其研究成果可能帶來基礎(chǔ)科學領(lǐng)域的重大突破。 [9] 

正式命名

暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星公開征名活動由*和*國家空間科學中心、*紫金山天文臺和共同主辦，自9月底上線以來，共收到有效名稱方案32517個。在數(shù)據(jù)統(tǒng)計的基礎(chǔ)上，經(jīng)過專家評委投票，由中科院批準，2015年12月16日下午，*國家空間科學中心宣布將暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星正式命名為“悟空”。 [5] 

悟空衛(wèi)星

將暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星命名為“悟空”，符合將科學衛(wèi)星以神話形象命名的做法，如美國的阿波羅、歐洲的尤利西斯、中國的玉兔等。這樣做可以借助傳統(tǒng)文化，提升我國公眾科學素養(yǎng)，吸引青少年熱愛科學、探索未知。 [10]  悟空是中國古典名著《西游記》中齊天大圣的名字，“悟”有領(lǐng)悟的意思，“悟空”有領(lǐng)悟、探索太空之意；另一方面，悟空的火眼金睛，猶如暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星的探測器，可以在茫茫太空中，識別暗物質(zhì)的蹤影。

成立科學組

2015年10月29日至31日，由*紫金山天文臺主辦的第四屆暗物質(zhì)探測衛(wèi)星（DAMPE）研討會在南京召開。來自DAMPE主要研制單位*紫金山天文臺、高能物理研究所、近代物理研究所、國家空間科學中心和中國科學技術(shù)大學以及合作單位瑞士日內(nèi)瓦大學、意大利國家核物理研究所、佩魯賈大學、巴里大學、薩倫托大學以及美國麻省理工學院等單位50余位專家學者參加了此次會議。 [11] 

研討會期間，常進 [12]  正式宣布暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星科學合作組成立。科學合作組在DAMPE科學應用系統(tǒng)組織下，負責DAMPE探測器運行及實驗數(shù)據(jù)的刻度、重建、物理分析。合作組推舉了組織委員會（IB）和執(zhí)行委員會（EB），下設(shè)運行組、軟件組、技術(shù)組、物理分析組和科學顧問組。會議后，科學應用系統(tǒng)還對DAMPESW軟件的研發(fā)狀態(tài)和分工進行討論及確定，為衛(wèi)星成功發(fā)射后的數(shù)據(jù)處理及分析、科學目標的實施奠定了基礎(chǔ)。

完成束流實驗

2012年12月，由中國科學技術(shù)大學探測與核電子學國家重點實驗室研制的DAMPE粒子探測譜儀初樣鑒定件在在歐洲核子研究中心（CERN）進行了為期20天的束流測試和標定實驗。此次DAMPE譜儀鑒定件在CERN的束流實驗，是整個暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星研制中必*的一環(huán)，其成功完成，驗證了DAMPE譜儀的軟、硬件功能完備正確、系統(tǒng)工作可靠、科學探測數(shù)據(jù)可信、性能達標；并為正樣飛行件在軌運行物理數(shù)據(jù)的分析提供了依據(jù)，保證了未來科學成果的可信度。 [4]  [13] 

完成測試在軌交付

2016年3月17日，我國空間科學系列首星暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空”圓滿完成三個月的在軌測試任務，順利交付用戶單位。

經(jīng)過三個月的在軌測試，衛(wèi)星的四大科學載荷——塑閃陣列探測器、硅陣列探測器、BGO量能器和中子探測器功能性能穩(wěn)定，上注至衛(wèi)星的全部指令均正確執(zhí)行，星地鏈路通暢，完成了所有既定的測試項目，衛(wèi)星各項技術(shù)指標達到或超過了預期。

國外現(xiàn)狀

直接探測測量的是暗物質(zhì)粒子和原子核碰撞后原子核的反沖信號。核反沖信號一般通過測量聲子、光和電荷這三類信號獲得。上已經(jīng)開展的實驗有很多，如Xenon，CoGeNT ，CDMS ，DAMA等。 [14] 

成功接收數(shù)據(jù)

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*遙感與數(shù)字地球所所屬的中國遙感衛(wèi)星地面站喀什站已于12月20日8時45分成功跟蹤、接收到我國首顆暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空”的首軌X頻段下行數(shù)據(jù)，到8時52分完成任務數(shù)據(jù)的接收、記錄，并傳輸至*國家空間科學中心。這一成功接收，標志著“悟空”和地面站星地之間的數(shù)據(jù)傳輸鏈路正式開通。

2015年12月24日17時55分，我國科學衛(wèi)星系列星——暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空”在酒泉成功升空后第7天，經(jīng)衛(wèi)星平臺測試、有效載荷管理器加電測試、科學探測器高壓加電測試后，*批科學數(shù)據(jù)成功下傳至中科院國家空間科學中心空間科學任務大廳。

接收到的數(shù)據(jù)顯示，暗物質(zhì)衛(wèi)星的四大科學載荷：塑閃陣列探測器、硅陣列探測器、BGO量能器、中子探測器探測到的高能電子和伽馬射線計數(shù)與地面預測計數(shù)率*，表明暗物質(zhì)衛(wèi)星的有效載荷已開始正常工作。

暗物質(zhì)衛(wèi)星自2015年12月20日接收到*幀數(shù)傳數(shù)據(jù)以來，衛(wèi)星地面支撐系統(tǒng)累計接收數(shù)據(jù)494軌，累計接收原始數(shù)據(jù)文件約2.4TB，生成科學數(shù)據(jù)產(chǎn)品41類，總計110606個，數(shù)據(jù)產(chǎn)品總量約5.5TB。截至2016年3月17日，暗物質(zhì)衛(wèi)星在軌飛行92天，共探測到4.6億個高能粒子，完成了三分之二天區(qū)的掃描。

DAMPE的優(yōu)勢

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暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星是*1顆空間天文衛(wèi)星，它在暗物質(zhì)間接探測方面具有較強的競爭力，大大提升了我國暗物質(zhì)探測水平。DAMPE的主要科學目標有3個：暗物質(zhì)間接探測、宇宙線物理和伽馬射線天文。DAMPE已于2015年2月17日發(fā)射升空。目前在軌運行狀態(tài)穩(wěn)定，已獲取了大量數(shù)據(jù)。DAMPE可以準確測量宇宙線正負電子的能譜，有望完整測量“超出”的截斷行為。宇宙線正負電子“超出”的起源有暗物質(zhì)和天體物理過程兩類模型，所預言的“超出”的截斷行為有顯著差異。現(xiàn)有的數(shù)據(jù)因為只覆蓋了相對較低的能段部分，還無法進行有效區(qū)分這兩類模型。DAMPE有望準確測量“超出”截斷處的能譜，區(qū)分起源模型。此外，DAMPE還將*在空間得到1~10 Te V的電子宇宙射線的能譜、發(fā)現(xiàn)或限制鄰近的高能電子射線源。DAMPE由于優(yōu)秀的能量分辨率，在伽馬射線線譜的搜尋上有望取得突破。因為對于線譜結(jié)構(gòu)，能量分辨率差的話信號容易淹沒在背景噪聲之中。在高能量分辨率的數(shù)據(jù)中卻會表現(xiàn)為非常“尖”的結(jié)構(gòu)。因此能量分辨率越高，就越有可能在數(shù)據(jù)中找到線譜結(jié)構(gòu)。DAMPE能夠測量高達100 Te V的核子宇宙線。地面宇宙線實驗測量能段偏高，且難以準確區(qū)分宇宙線的各種組分。DAMPE可以實現(xiàn)地面探測和空間探測在能譜上的銜接，并且能夠區(qū)分宇宙線組分。 [2] 

觀測成果

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超大質(zhì)量黑洞是宇宙中廣泛存在的一類天體，它們的質(zhì)量是太陽的幾十萬至數(shù)百億倍，幾乎在每個大星系、包括人類身處的銀河系中心，都存在至少一個這樣的黑洞。有些巨型黑洞在宇宙極早期就已經(jīng)存在，它們?nèi)绾涡纬伞⒀葑儭⒎醋饔糜谛窍担两袢允俏唇庵i。但人類研究這些碩大的“宇宙妖怪”并非毫無辦法。

科學家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，有一部分超大質(zhì)量黑洞并非一直悄無聲息，而會肆無忌憚地“大吃大喝”：它們吞噬的物質(zhì)聚集形成吸積盤、并且產(chǎn)生強有力的噴流，使黑洞表現(xiàn)得異常明亮。這一類天體也被稱作活動星系核，它們正是人類解開黑洞之謎的鑰匙。

CTA 102就是一個*的活動星系核。它于1963年被*發(fā)現(xiàn)，其黑洞質(zhì)量約為太陽的8.5億倍，與太陽系距離約為80億光年。科學記錄顯示，CTA 102上一次比較劇烈的活動發(fā)生在2012年。

我國于2015年底發(fā)射的暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空”，主要目標就是通過空間觀測宇宙射線和伽馬射線，來探索宇宙暗物質(zhì)和類似黑洞這樣的宇宙“妖怪”。紫金山天文臺暗物質(zhì)衛(wèi)星團隊介紹，自今年10月以來，“悟空”頻繁捕捉到來自CTA 102的伽馬射線輻射。特別是11月23日以后，“悟空”記錄到明顯增強的伽馬射線爆發(fā)現(xiàn)象，這一爆發(fā)在12月16日達到峰值。記錄到的高光子能量約620億電子伏特，相當于靜止質(zhì)子等效能量的66倍。

這一觀測結(jié)果也得到其他設(shè)備的印證。紫金山天文臺1米近地天體巡天望遠鏡也觀測到CTA 102的此輪爆發(fā)。根據(jù)望遠鏡記錄，今年6月18日至12月20日之間，CTA 102亮度持續(xù)增強。

“CTA 102是‘悟空’捕獲的*個‘小妖’，我們將持續(xù)監(jiān)測它的活動。相信借助‘悟空’的火眼金睛，未來還能‘抓獲’更多的‘宇宙妖怪’，為人類認識宇宙萬象提供有力的幫助。”暗物質(zhì)衛(wèi)星項目團隊成員徐遵磊說。 [3] 

一年多來，“悟空”發(fā)回了19億個粒子數(shù)據(jù)。其中，5GeV到10TeV區(qū)間的高能電子數(shù)量已經(jīng)超過100萬個。 [15] 

2017年11月30日，學術(shù)期刊《自然》在線發(fā)表，暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空”有充分數(shù)據(jù)證實，在太空中測量到了電子宇宙射線的一處異常波動。這一波動此前從未被觀測到，意味著中國科學家取得一項開創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)，且有可能與暗物質(zhì)相關(guān)。