據(jù)新華社消息，10日，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“基于暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星的科學(xué)研究”項(xiàng)目啟動(dòng)會(huì)在南京舉行。截至目前，暗物質(zhì)衛(wèi)星“悟空”已正常運(yùn)轉(zhuǎn)328天，飛行5011軌，姿態(tài)穩(wěn)定，已完成全天區(qū)覆蓋，共探測(cè)事例（包含各種粒子信息的數(shù)據(jù)）約16億個(gè)。
　　去年12月17日發(fā)射升空的“悟空”是目前世界上觀測(cè)能段范圍最寬、能量分辨率最優(yōu)和粒子鑒別能力最強(qiáng)的暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星。隨著時(shí)間推移，“悟空”的表現(xiàn)越來(lái)越好，等到三個(gè)月的在軌測(cè)試結(jié)束后，所有參與評(píng)審的專(zhuān)家給其表現(xiàn)打了100分。


走進(jìn)神秘暗物質(zhì)
　　我們對(duì)暗物質(zhì)一詞并不陌生，它曾多次出現(xiàn)在電影、科幻小說(shuō)和電腦游戲中，這些作品往往會(huì)賦予暗物質(zhì)超乎尋常的特性。這些描述通常與暗物質(zhì)在物理學(xué)和宇宙學(xué)中的已知特性不符。例如在電腦游戲中，暗物質(zhì)常常被描述成一種黑色或類(lèi)似顏色的用于制造武器裝備的材料。


關(guān)于暗物質(zhì)的“傳說(shuō)”：“暗物質(zhì)槍”是電腦游戲《雷神之錘4》中最強(qiáng)大的武器。

　　那么，暗物質(zhì)到底是什么呢？時(shí)至今日，這仍然是科學(xué)家們?cè)噲D解答的謎題。你我都由中子、質(zhì)子和電子組成。利用宇宙線和加速器開(kāi)展的粒子物理實(shí)驗(yàn)告訴我們，一系列粒子彼此交互、形成了我們看到的世界。標(biāo)準(zhǔn)模型描述了所有已知粒子和它們之間的相互作用。但天文學(xué)觀測(cè)、計(jì)算機(jī)模擬及核理論計(jì)算都使我們相信，標(biāo)準(zhǔn)模型僅能解釋宇宙中很小的一部分質(zhì)量。宇宙中的其它成分是什么？已有測(cè)量顯示，宇宙中還有約26.8%的暗物質(zhì)和約68.3%的暗能量。


普朗克衛(wèi)星團(tuán)隊(duì)于2013年對(duì)宇宙組分及其所占比例做出的修正（右側(cè)為修正結(jié)果），下方色塊從左到右依次為暗能量（黃色）、暗物質(zhì)（桔色）、普通物質(zhì)（紅色）

　　關(guān)于暗物質(zhì)的證據(jù)最初于上世紀(jì)30年代浮出水面。天文學(xué)家茨威基（Fritz Zwicky）發(fā)現(xiàn)，被引力牽引在一起的星系的運(yùn)動(dòng)不符合萬(wàn)有引力定律，除非星系團(tuán)中存在大量用望遠(yuǎn)鏡看不到物質(zhì)。此后數(shù)十年中，更精細(xì)的理論和更靈敏的實(shí)驗(yàn)工具不斷發(fā)展，相關(guān)發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了暗物質(zhì)的存在。到上世紀(jì)90年代，除星系運(yùn)動(dòng)，人們還找到了其他證據(jù)。例如，宇宙中的星系和其它大型結(jié)構(gòu)的形成、來(lái)自早期宇宙的宇宙微波背景輻射中的溫度波動(dòng)模式等。
　　諸多證據(jù)顯示暗物質(zhì)在宇宙中確實(shí)存在。科學(xué)家們開(kāi)始不遺余力的探究暗物質(zhì)的成分。它會(huì)不會(huì)是由類(lèi)似褐矮星和大型行星的熟悉天體組成的呢——由標(biāo)準(zhǔn)模型中的“原料”構(gòu)成但不發(fā)光，所以對(duì)天文學(xué)家來(lái)說(shuō)是不可見(jiàn)的？理論和實(shí)驗(yàn)最終均顯示這種簡(jiǎn)單的解釋并不可靠，暗物質(zhì)對(duì)于我們來(lái)說(shuō)是全新的，相關(guān)研究需要“另辟蹊徑”。一系列實(shí)驗(yàn)隨之展開(kāi)，科學(xué)家們開(kāi)始在標(biāo)準(zhǔn)模型之外尋找能夠解釋部分或全部暗物質(zhì)的新型粒子。與此同時(shí)，理論物理學(xué)家開(kāi)始發(fā)展各種富有創(chuàng)造性的理論，猜測(cè)何種新粒子能夠?qū)⑿窍颠\(yùn)動(dòng)、大尺度結(jié)構(gòu)和宇宙微波背景的變化“一網(wǎng)打盡”，解釋所有觀測(cè)到的現(xiàn)象。
　　小貼士：暗物質(zhì)和引力
　　在此要特別提一下暗物質(zhì)和引力之間的關(guān)聯(lián)。我們目前對(duì)暗物質(zhì)的了解來(lái)自于天文學(xué)，相關(guān)天文觀測(cè)進(jìn)行推測(cè)的基礎(chǔ)是暗物質(zhì)參與的引力相互作用。科學(xué)家通過(guò)兩種方式研究引力對(duì)天體的影響：觀測(cè)引力對(duì)天體運(yùn)動(dòng)方式的影響，或引力對(duì)光線傳播方式的影響。從實(shí)驗(yàn)角度看，沒(méi)有理由相信暗物質(zhì)會(huì)與普通物質(zhì)或其自身發(fā)生除引力之外的任何相互作用，盡管在理論上有不少與之對(duì)立的推測(cè)。
　　天文學(xué)家開(kāi)始研究星系和星系團(tuán)的運(yùn)動(dòng)后，人們對(duì)暗物質(zhì)的認(rèn)識(shí)逐步發(fā)展。一個(gè)長(zhǎng)度為15萬(wàn)光年的星系包含的暗物質(zhì)是普通物質(zhì)的2-10倍，暗物質(zhì)產(chǎn)生的引力對(duì)其運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生重要影響。在太陽(yáng)系中，普通物質(zhì)集結(jié)成塊（恒星和行星），而暗物質(zhì)則向外擴(kuò)散。一般來(lái)說(shuō)，星系由大部分空白空間和密度很大的普通物質(zhì)集合體交錯(cuò)而成。
　　單個(gè)太陽(yáng)系中包含的普通物質(zhì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)暗物質(zhì)，暗物質(zhì)對(duì)塑造太陽(yáng)系所起的作用并不大。在更大的尺度結(jié)構(gòu)上，觀測(cè)顯示暗物質(zhì)和普通物質(zhì)對(duì)星系運(yùn)動(dòng)方式的影響不分軒輊。在最大的尺度結(jié)構(gòu)上，暗物質(zhì)對(duì)決定星系團(tuán)和超星系團(tuán)（星系團(tuán)組成的群和集團(tuán)）的運(yùn)動(dòng)方式起關(guān)鍵作用。要研究暗物質(zhì)，我們需要研究大小達(dá)到或超過(guò)星系尺度的天體。

　　明亮伸展的物體是星系團(tuán)ACO3341中的星系。星系團(tuán)ACO3341距銀河系約5億光年，包含大小形狀各異的星系和發(fā)光體，它們之間由引力牽引在一起。該星系團(tuán)中的暗物質(zhì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)發(fā)光物質(zhì)，暗物質(zhì)對(duì)所有星系之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)起重要作用。
　　科學(xué)研究的處女地往往不是一馬平川。經(jīng)歷過(guò)漫長(zhǎng)的沉寂期，暗物質(zhì)研究在其被發(fā)現(xiàn)的四十年后才逐漸發(fā)展和升溫。科學(xué)家在不同領(lǐng)域先后取得重要發(fā)現(xiàn)，研究手段也不斷進(jìn)步，包括觀測(cè)暗物質(zhì)粒子在宇宙空間發(fā)生湮滅或衰變之后產(chǎn)生的穩(wěn)定粒子。讓我們一起期待“悟空”能夠有所斬獲。

100分的悟空和看不見(jiàn)的暗物質(zhì)

圖文簡(jiǎn)介

據(jù)新華社消息，10日，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“基于暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星的科學(xué)研……