吴晶晶+喻菲+杨维汉

当我们仰望星空，其实只看到了宇宙的冰山一角。科学家将宇宙比喻成一个由三部分组成的大饼：5%的普通物质，27%的暗物质和68%的暗能量。人类所熟悉的普通物质，只是零星散布的些许点缀，就像夜幕中无边大海上的一点闪光，宇宙的绝大部分对人类来说是隐藏和最难了解的。

2015年12月17日清晨，数百位科学家、工程师、学生冒着零下15摄氏度的严寒来到酒泉卫星发射中心发射现场观看，他们搓着手、跺着脚，兴奋地等待着这一时刻。8时12分，在观众的屏息凝视下，长二丁火箭带着1.9吨重的中国科学卫星系列首发星——暗物质粒子探测卫星“悟空”徐徐升上天空，大地震颤。火箭向东南方向的天空越飞越远，最后化作天上的一颗星逐渐消失在视野中。

10多分钟后，“悟空”成功抵达在地球上空500公里高的太阳同步轨道，它将用“火眼金睛”帮助科学家窥探披着“隐身衣”的暗物质，回答现代物理学界最长时间没有找到答案的深奥之谜。中国科学院国家空间科学中心将暗物质粒子探测卫星命名为“悟空”，取义“领悟、探索太空”。科学家们期待该卫星能在酒泉卫星发射中心“勇敢飞天”。“这是中国科学家首次在太空中放置自己的高分辨高能空间望远镜，”暗物质卫星首席科学家、紫金山天文台副台长常进说，“它有望深刻地变革人类的宇宙观，实现空间科学重大突破。”

“悟空”是中国古典名著《西游记》的主角，其形象家喻户晓，“美猴王”（Monkey King）之称也在海内外广为流传。当日有网友在暗物质粒子探测卫星的官方微博留言称：“大圣，这一路孤独无所伴，愿你和千万年前的那无所畏惧的猴子一样所向披靡。”

为什么要寻找暗物质？

暗物质，披着隐身衣的“宇宙幽灵”，科学家仅知道它们存在，却无法探测到它们。对常进来说，暗物质就像一个从未谋面的朋友，既亲切又陌生。

“宇宙中，我们能看见的物质，都因为带有电子而能‘发光，我们能触碰一张桌子、一面墙，感觉到它们的存在，是因为有电磁场的相互作用。而暗物质是不带电荷的，也没有电磁场的相互作用，能像幽灵一样穿透阻碍物，不着痕迹地从身边飞走。”常进说，“因此尽管我们周围存在暗物质，例如平均1立方厘米的空气中可能就有上千颗暗物质粒子，但我们并不能看到或感觉到。”

科学家们认为，暗物质是宇宙大爆炸的产物，在宇宙演化中起着决定性作用，也决定着宇宙未来的命运。同时，暗物质和暗能量的研究在基础物理学中也有着重要意义，因为科学界公认的粒子物理标准模型仅能解释占宇宙5%的普通物质，却无法解释暗物质和暗能量。

因此，暗物质和暗能量被认为是笼罩在21世纪物理学上的两朵”乌云”。美国科学家在一份报告中列出21世纪要解答的11个科学问题，“什么是暗物质”被列在第—位。

科学界公认，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飞跃，将带来物理学的又一次革命。

中科院国家空间科学中心主任吴季说，暗物质粒子的探测目前是国际科学前沿竞争最为激烈的研究领域，全世界的科学家都在不遗余力地寻找暗物质、暗能量及其隐藏的巨大科学宝藏。

暗物质距离人类生活如此遥远，为什么还要花这么多时间、精力和成本去寻找？科学家们回答，这一方面源自人类对于未知的好奇心和求知欲；另一方面，科学研究的价值和意义虽然有时在短期内无法显现，但往往能带来一些“副产品”，给科技和生活带来变革。

“悟空”怎样施展“神通”？

暗物质卫星“悟空”的长宽高只有1.5米、1.5米、1.2米，比一张办公桌大不了多少。

“它体积虽小，功能却非常强大。”常进介绍，卫星有效载荷初样件在欧洲核子中心（CERN）进行了3次束流实验来测试各项物理性能指标，表明它具有能量分辨率高、测量能量范围大和本底抑制能力强三大优势。

卫星系统总设计师李华旺介绍，卫星由4个科学探测有效载荷组成，分别是塑闪阵列探测器、硅阵列探测器、BGO量能器和中子探测器，共同构成一个高能粒子探测器望远镜。4个探测器由上到下摞在一起，就像一个四层“大蛋糕”，它们各司其职，又联合执行任务，可以高精度地测量入射粒子的种类、方向、能量和电荷。

进入太空后，“悟空”将在500公里太阳同步轨道上运行。它将采取两种观测模式：在头两年采用巡天观测模式，由于暗物质可能存在于全天区的任何区域，所以第一阶段对全天扫描；两年后卫星转入定向观测模式，根据全天区探测的结果分析出暗物质最可能出现的区域，并针对这些区域开展定向观测。

卫星每天将传回约16G数据量，地面100余人的科学家团队将对数据展开分析研究。首批科学成果可能在6个月至1年后发布。

在太空创造中国的第一次

自暗物质被发现80多年来，科学家还从未探测到暗物质的明确信号。常进坦言，如果期望暗物质卫星一下就能准确找到暗物质，这个期望指数太高了。暗物质的基本物理性质还没有弄清楚，没有人能百分之百保证找到暗物质。

“但只要卫星工作正常，就为我们打开了一扇观测宇宙的新窗口，必然会发现很多新奇的现象。”常进说，“卫星除了寻找暗物质外，还是一个宇宙射线望远镜，可以研究宇宙射线的起源、传播和加速。宇宙射线发现了将近100年，但那么高能量的宇宙射线究竟来自于什么？人类到现在也没有弄清楚，这很奇怪。”

常进说，寻找暗物质需要全世界科学家的共同努力，何时能发现暗物质尚难以预计。至于发现暗物质后能如何利用，常进介绍，量子物理刚发现时，人们认为一点用处都没有，但是现在什么都与量子物理有关系。

“我们只有弄清暗物质的物理本质以后，才能说它对未来产生什么作用，但是物理的进步会导致科技的进步，这是百分之百肯定的。”他说。

暗物质卫星工程总师艾长春说，以前中国科学家只能将研制的仪器搭载在其他卫星上开展空间科学研究，发射 “悟空”，是第一次由中国科学家主导的大型空间科学实验。

有专家称，中国第一颗人造地球卫星发射已有45年，但中国的空间科学卫星还未成系列。现在中国已成为航天大国，要向航天强国转变，就不能没有空间科学卫星。

目前中国基础研究投入占总研发投入比重仅为5%左右，而美国、德国分别为40%、28%。常进说：“以前我们和国际上差太多了，人家跟我们都不讨论。今天在某些领域，我们和国际同行平起平坐。只要大家埋头干，中国的科学家会在不久的将来取得一系列重大突破。”

（摘自《人民周刊》）