“悟空”起航遨宇宙

余风

2015年12月17日上午8时12分04秒，内蒙古酒泉卫星发射中心。茫茫戈壁，凛冽寒冬，人们在寒风里中仰望苍穹。

随着一声“点火”命令，发射台上喷出一团巨大的白雾，长征二号丁运载火箭吐着长长的火舌腾空而起，将我国自主研制的第一颗天文卫星“悟空”送入太空。

在农历猴年到来前夕，这颗与美猴王同名的卫星的发射，不仅是中国献给新一年的最佳礼物，同时，它也标志着中国正式加入到空间科学探索大国的行列——“中国航天终于进入了真正的仰望星空的时代，目光所及，直达亿万光年的宇宙深处，所探索的课题，囊括了整个宇宙的过去、现在和未来。”在现场观看发射的著名科幻作家、此前凭借小说《三体》捧回世界科幻艺术界最高奖“雨果奖”的刘慈欣如是评价。

“隐身侠”的“穿墙术”

“悟空”全名暗物质粒子探测卫星，是中国发射的第一颗完全用于基础科学研究的卫星，同时也是世界上迄今为止观测能段范围最宽、能量分辨率最优的空间探测器，其观测能段是国际空间站阿尔法磁谱仪的10倍，能量分辨比国际同类探测器高3倍以上。

在发射升空790秒后，“悟空”顺利进入距地球500公里的预定转移轨道。入轨后，它和“粉丝们”分享了自己在太空中的第一条微博：“谢谢所有辛苦工作的人类给我一个漂亮的起点！所有的猜想都会由探索给出答案。”

“悟空”飞天，是人类在探索宇宙核心秘密进程中迈出的重要一步。此后3年，它将带着人们的无限期许，去寻找最神秘的“宇宙幽灵”——暗物质。

暗物质是一种困扰了科学家长达一个多世纪的“暗黑”物质，它被万有引力定律推论存在，是一种比电子和光子还要小的物质，它不发光、不带电荷，几乎不与任何物质发生碰撞，能轻松穿越电磁波和引力场。

暗物质既看不见、摸不着，至今从未被人们直接观测到，堪称是宇宙中本领最强的“隐身侠”。它还有一个“同胞兄弟”暗能量，这两个“暗黑家族”成员占据宇宙的绝对多数——它们约占宇宙总质能的95.1%，而我们看得见的那些星系、恒星、行星等发光和反光物质仅占宇宙总质能的4.9%。

除了高超的隐身本领外，暗物质还具有强大的“穿墙术”——能无声无息地穿越任何障碍物。据统计，每秒钟就有上亿个暗物质粒子穿透我们的身体。

但是，对于我们身边这些动不动就玩“穿透”的精灵，科学家们既不知道它们长什么样、有多重，也不知道它有着怎样的物理性质。因此，揭开暗物质之谜将是继日心说、万有引力定律、相对论及量子力学之后的又一次重大科学突破，有助于帮助人们解开宇宙形成及演化的秘密。同时，一旦找到暗物质这样一种全新的物质，将有可能在未来为人类提供取之不尽的高效新能源，甚至帮助人类实现星际穿越。

火眼金睛寻“幽灵”

2015年12月16日，在发射的前一天，中国首颗暗物质粒子探测卫星被正式命名为“悟空”——这个从全国网友和科幻迷提供的32517个候选征名大PK中脱颖而出，最终被选定的名字，来自《西游记》中的齐天大圣，“悟”有领悟之意，“悟空”意为领悟、探索太空，用来为暗物质粒子探测卫星命名颇为形象。

在《西游记》中，“齐天大圣”孙悟空上天入地，七十二变，无所不能，它的一双火眼金睛能识别所有妖魔鬼怪，让魑魅魍魉无所遁形。而与齐天大圣同名的这颗暗物质探测卫星，同样也有着“火眼金睛”——科学家为它装载了塑闪阵列探测器、硅阵列探测器、BGO量能器和中子探测器等四个国际领先的探测器，使它能探测高能粒子的能量、方向和电荷，并对粒子进行鉴别，从而探测出暗物质粒子的存在。

这四个“火眼金睛”上，凝聚了众多中国独有的高新技术。以BGO量能器为例，这一精密结构出自于中国科学院上海硅酸盐研究所，由308根BGO晶体和光电倍增管构成。BGO晶体是一种能够与暗物质粒子可能的湮灭产物作用的直接媒介，如果把BGO量能器比作“悟空”的“眼睛”，那么，BGO晶体就是它的“视网膜”。

这个“视网膜”结构极为精密，由308根25厘米×25厘米×60厘米的BGO晶体组成，作为BGO量能器的唯一候选探测材料，这种尺寸晶体的研制和量产是BGO量能器乃至卫星系统研制成功的基本前提之一。此前，国际上已知最长的BGO晶体仅为40厘米。更长尺寸BGO晶体的生长是对晶体制备科学和技术的全新挑战，不少业内专家甚至认为这是不可能完成的任务。

为了挑战并实现这一“不可能任务”，从2011年6月起，上海硅酸盐所的BGO研究组就在国际上率先开展了600mm长BGO晶体的制备科学与技术研究。此后两年，在经历不断的研究、实验、失败、再研究后，科研人员最终成功实现了60厘米长晶体的制备与量产，使上海硅酸盐所成为全球能研制并量产该长度BGO晶体的唯一供应商，并保持着生长BGO晶体长度的世界纪录。

借助BGO量能器、塑闪阵列探测器、硅阵列探测器、中子探测器等四个功能强大的眼睛，“悟空”每天能观测到500万个高能粒子，传回16G数据量；而在地面，中国配备了100余人的科学家团队来研究、分析这些数据，以期尽早找到“宇宙幽灵”暗物质。

发射低温新纪录

在人们以往的印象中，卫星的体型往往都非常大，以“嫦娥二号”探月卫星为例，它长2米，宽1.72米、高2.2米，体积为5.64立方米；与它相比，“悟空”的身形堪称“纤巧”——它的长、宽、高分别为1.5米、1.5米、1.2米，体积仅为2.7立方米，大约只有一张办公桌那么大。

虽然体型小，但“悟空”体内装载的各类高精密科学仪器却不少。据了解，整个卫星的探测器就有4.2万路电子学读出电路、168路高压电源，接近8万路探测器通道数。卫星副总设计师透露，“悟空”的复杂程度，超出了我国地面最复杂的加速器实验装置。如此高精密装置的仪器，为的就是确保“悟空”外太空探测任务的成功。

除了精度高、结构复杂以外，“悟空”的发射也创造了新的低温纪录——“悟空”发射时的气温达到了零下15度，这一温度接近火箭发射零下18度的极值，同时它也是酒泉卫星发射中心至今发射的87颗卫星中发射气温最低。为此，科学家和技术人员采取了一系列卓有成效的保温措施来确保其发射成功。

通过“儿子”找“爸爸”

入轨后，“悟空”将采取“巡天+定向”的方式，在2016～2017年对整个宇宙进行巡天扫描；之后，在2018年，根据探测结果对暗物质最可能出现的区域进行定向观测。首批科学成果有望在卫星发射6个月至一年后发布。

那么，暗物质既然号称宇宙中本领最强的“隐身侠”，“悟空”又是通过什么样的方式来寻找它的呢？

实际上，“悟空”此次到太空去寻找的并非暗物质，而是暗物质粒子湮灭或衰变的产物，有人把这样的产物比喻成暗物质的儿子，打个形象的比方，“悟空”的探测方式，就好像是通过寻找“儿子”找“爸爸”。

为什么要采取这么曲折的方式？这是因为目前科学家尚未成功观测到暗物质，因此，人们根本不知道它究竟是什么东西，长什么样、有何种特性。这就好比，当我们要寻找一个人时，如果知道他的样子、长相特征、穿的衣服，那相对来说会好找一些；但如果只知道这个人可能存在，但并不知道他穿什么衣服，长什么样子以及其他一些个人特征，那就只能通过排除法，一步一步地筛选、排除，但这种方法无异于大海捞针，其难度可想而知。

而此时，如果我们能找到这个人的儿子，通过儿子的一些长相、特征以及基因等来寻找爸爸，可能会相对容易一些。“悟空”探测暗物质采取的就是这种方法。据暗物质粒子探测卫星首席科学家、紫金山天文台副台长常进介绍，如果我们能够观测到暗物质湮灭或衰变的产物，那么暗物质的质量和其他一些物理性质以及在空间的分布等信息都可以得到。

不过，常进同时也指出，暗物质的湮灭必须积累到一定程度，或是仪器灵敏度足够高时才有可能发现，而且，对于暗物质的物理性质人们还没有弄清楚，没有人能百分之百保证卫星一定能找到暗物质。但他也不无乐观地指出：“探测器是一个望远镜。一旦正常工作，相当于为我们打开一扇新的窗口，阳光就会照进来。”通过这扇窗，科学家们将会看到更加清晰的物理构成，捕捉到更多新奇的物理现象，为人们揭开深邃宇宙中更多的未解之谜。（编辑/清扬）