暗物质粒子探测卫星“悟空”的研制团队2018年12月17日宣布,鉴于卫星目前运行状态依然良好、关键科学数据仍在累积,卫星科研团队已与各保障部门商定,让“悟空”延长两年工作时间。<ref name="澎湃">{{cite web |url=https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_2699711 |title=暗物质探测卫星悟空将延长工作2年，已探测宇宙粒子55亿个| accessdate=2019-10-12}}</ref>

[[File:暗物质粒子探测卫星.jpg|缩略图|右|px120]]

“暗物质粒子探测卫星”计划属于中国科学院“空间科学战略性先导科技专项”，由中国科学院紫金山天文台暗物质与空间天文研究部、[[中国科学技术大学]]、中国科学院近代物理研究所和中国科学院高能物理研究所等合作研发。<ref name="中新网">{{cite web |url=http://www.chinanews.com/tp/hd2011/2015/12-17/592181.shtml |title=中国首颗暗物质卫星“悟空”发射升空| accessdate=2019-10-12}}</ref>

“悟空”是目前世界上观测能段范围最宽、能量分辨率最优的暗物质粒子探测卫星，超过国际上所有同类探测器。它将在太空中开展高能电子及高能伽马射线探测任务，探寻暗物质存在的证据，研究暗物质特性与空间分布规律。

主要目的：寻找暗物质粒子，研究暗物质特性与空间分布规律，探寻宇宙射线起源并观测高能伽马射线，有望在[[物理学]]与天文学前沿带来新的重大突破。<ref name="中国科学院紫金山天文台">{{cite web |url=http://www.pmo.ac.cn/xwzx/twkx/201512/t20151217_4498246.html |title=中国科学卫星系列首发星——暗物质粒子探测卫星“悟空”成功发射| accessdate=2019-10-12}}</ref>

PSD用作反符合，由两层塑料闪烁体条组成；STK由6个径迹双层，每个由正交摆放的两个单面硅条组成；有三层钨板厚度分别为1cm、2mm、2mm，，插在硅微条的第2、3、4层前面，用作光子转换；BGO有14层，每层22根，相邻两层正交排列，用来测量射线的能量；中子探测器加在量能器的底部。BGO量能器和STK总共大约33个辐射长度，是空间里最深的量能器。

一是暗物质间接探测，也是最主要的；二是寻找宇宙射线的起源；三是伽马射线天体物理。

===什么是高能宇宙射线？===

指的是来自宇宙中具有相当大能量的带电粒子流，1912年由[[德国]]科学家[[韦克多.汉斯]]发现。他制作了一个电离室，用于测量空气中的电离度（空气中的带电粒子数量）。同时期也有其他的科学家制作电离室，汉斯的创新之处在于，他将电离室放在热气球上，这样在放飞前，能测量出地面的电离度，放飞后，能测量出不同海拔高度的电离度。而汉斯的测量结果显示：海拔越高，电离度越大。

===为什么测量高能宇宙射线有可能发现暗物质？===

宇宙线的源头一般认为是超新星爆发，而如果暗物质存在的话，暗物质湮灭的时候产生的宇宙线，就成为了宇宙线的额外来源，这时候探测到的宇宙线会不同于标准模型，多出来的一部分可能来源于暗物质湮灭或者衰变，对这多出的一部分进行探测，就是暗物质的间接探测。由[[诺贝尔物理学奖]]获得者[[丁肇中]]主持的AMS项目中的暗物质粒子探测卫星AMS-2，就是应用的这一原理。我国的暗物质粒子探测卫星也是一个宇宙线探测器，就是应用这类机制来探测暗物质。<ref name="新浪博客">{{cite web |url=http://blog.sina.com.cn/s/blog_a1896c120102xw3s.html |title=暗物质粒子 探测卫星旅程| accessdate=2019-10-12}}</ref>

[[File:结构示意图.jpg|缩略图|右|px120]]

空间探测宇宙线主要测量宇宙线粒子的电荷、能量和入射方向，其中测量电荷包括电荷的大小与正负。电荷正负的测量是最困难的，必须借助于磁场才能实现。磁谱仪可以测量宇宙线在其磁场中的偏转，进而判定入射宇宙线的电荷。磁谱仪造价昂贵，现在仍在空间运行的探测器只有AMS-02。Fermi-LAT、CALET和DAMPE这3个探测器都利用量能器来测量宇宙线的能量，而不测量电荷的正负。DAMPE即“悟空”是中国第1个空间高能粒子探测器，经过全球征名活动，最终命名为“悟空”，寓意用《[[西游记]]》中火眼金睛的悟空寻找难以察觉的暗物质存在的证据。“悟空”已于2015年2月17日发射升空，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。目前在轨运行状态稳定，数据源源不断地获取了大量数据。DAMPE是以中国为主，[[瑞士]]和[[意大利]]参与共同研发完成的。DAMPE主要探测电子宇宙射线、高能伽玛射线和高达Pe V的核素宇宙射线。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点。设计指标如表1所示。DAMPE的性能优势和它的结构设计紧密相关。暗物质粒子探测卫星的探测器由4部分组成，分别是：塑闪阵列探测器、硅阵列探测器、BGO量能器以及中子探测器。

中子探测器测量的是宇宙线粒子在探测器上面3层中产生的次级中子。高能电子主要是电磁簇射，产生的中子数目很少，但是质子和其他核素还会发生强子簇射，从而产生大量的高能中子。根据这种效应,可以进一步区分宇宙线的电子和质子。中子探测器主要由中国科学院紫金山天文台负责研制。

与国际上其它暗物质探测卫星相比，有三个显著优势。

一是能够测量的宇宙线的能量非常高，可以测量到104个GeV；二是能量分辨率高，可以达到1%左右，测得比较准；三是测量能量的本底比较低，也就是区分电子和质子的能力非常强。

天文观测表明，宇宙中最重要的成分是暗物质和暗能量，暗物质占宇宙25%，暗能量占70%，通常所观测到的普通物质只占[[宇宙]]质量5%。此前，他与外国同行合作发现一些不明来历的高能电子可能是暗物质粒子湮灭的证据。

现阶段主要有3种暗物质探测方案：直接探测、间接探测和对撞机探测。直接探测寻找的是暗物质粒子和核子碰撞产生的信号。这类实验因为要屏蔽大气中带电粒子的影响，一般在地下实验室进行，其优点是可以在地面进行，造价较低。中国有世界上最深的地下实验室——锦屏地下实验室，因此中国在暗物质直接探测领域也取得了很大的成就，[[清华大学]]和[[上海交通大学]]各自独立进行暗物质直接探测实验项目。对撞机探测主要是寻找高能粒子对撞产生的无法被探测器探测的暗物质粒子引发的能量动量不守恒过程。这类探测都是在大型高能对撞机上进行，造价高昂，技术难度大。间接探测主要通过研究探测银河系内的暗物质粒子湮灭产生的普通粒子，信号在宇宙线能谱上变现为各种“超出”或者“鼓包”。因为大气对宇宙线的屏蔽作用，这类实验需要发射空间探测器在大气层进行探测。国际上正在运行的空间科学卫星有费米大天区望远镜（Fermi-LAT），阿尔法磁谱仪2（AMS-02）、电子对望远镜（CALET）和中国的暗物质粒子探测卫星DAMPE。<ref name="新华网">{{cite web |url=http://www.xinhuanet.com/tech/2017-12/01/c_1122039650.htm |title=中国暗物质粒子探测卫星取得重大突破| accessdate=2019-10-12}}</ref>

===成功发射===

2015年12月17日8时12分，我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭丁成功将暗物质粒子探测卫星“悟空”发射升空，卫星顺利进入预定转移轨道。此次发射任务圆满成功，标志着我国空间科学研究迈出重要一步。

===国外现状===

直接探测测量的是暗物质粒子和原子核碰撞后原子核的反冲信号。核反冲信号一般通过测量声子、光和电荷这三类信号获得。国际上已经开展的实验有很多,如Xenon,CoGeNT，CDMS，DAMA等。<ref name="中国教育和科研计算机网">{{cite web |url=http://www.edu.cn/ke_yan_yu_fa_zhan/kexuetansuo/zui_xin_dong_tai/wu_li_yan_jiu/201304/t20130407_927220.shtml |title=人类为何要苦寻暗物质？探测暗物质有何意义？| accessdate=2019-10-12}}</ref>

中国科学院遥感与数字地球所所属的中国遥感卫星地面站喀什站已于12月20日8时45分成功跟踪、接收到我国首颗暗物质粒子探测卫星“悟空”的首轨X频段下行数据，到8时52分完成任务数据的接收、记录，并传输至中国科学院国家空间科学中心。这一成功接收，标志着“悟空”和地面站星地之间的数据传输链路正式开通。

暗物质卫星自2015年12月20日接收到第一帧数传数据以来，卫星地面支撑系统累计接收数据494轨，累计接收原始数据文件约2.4TB，生成科学数据产品41类，总计110606个，数据产品总量约5.5TB。截至2016年3月17日，暗物质卫星在轨飞行92天，共探测到4.6亿个高能粒子，完成了三分之二天区的扫描。

暗物质粒子探测卫星是中国第1颗空间天文卫星，它在暗物质间接探测方面具有较强的国际竞争力，大大提升了我国暗物质探测水平。DAMPE的主要科学目标有3个：暗物质间接探测、宇宙线物理和伽马射线天文。DAMPE已于2015年2月17日发射升空。目前在轨运行状态稳定，已获取了大量数据。DAMPE可以准确测量宇宙线正负电子的能谱，有望完整测量“超出”的截断行为。宇宙线正负电子“超出”的起源有暗物质和天体物理过程两类模型，所预言的“超出”的截断行为有显著差异。现有的数据因为只覆盖了相对较低的能段部分，还无法进行有效区分这两类模型。DAMPE有望准确测量“超出”截断处的能谱，区分起源模型。此外，DAMPE还将首次在空间得到1~10 Te V的电子宇宙射线的能谱、发现或限制邻近的高能电子射线源。DAMPE由于优秀的能量分辨率，在伽马射线线谱的搜寻上有望取得突破。因为对于线谱结构，能量分辨率差的话信号容易淹没在背景噪声之中。在高能量分辨率的数据中却会表现为非常“尖”的结构。因此能量分辨率越高，就越有可能在数据中找到线谱结构。DAMPE能够测量高达100 Te V的核子宇宙线。地面宇宙线实验测量能段偏高，且难以准确区分宇宙线的各种组分。DAMPE可以实现地面探测和空间探测在能谱上的衔接，并且能够区分宇宙线组分。<ref name="步知网">{{cite web |url=http://news.buzhi.com/gwy/zlxc/112099.html#8595 |title=行测常识 常考卫星系列| accessdate=2019-10-12}}</ref>

超大质量[[黑洞]]是宇宙中广泛存在的一类天体，它们的质量是太阳的几十万至数百亿倍，几乎在每个大星系、包括人类身处的银河系中心，都存在至少一个这样的黑洞。有些巨型黑洞在宇宙极早期就已经存在，它们如何形成、演变、反作用于星系，至今仍是未解之谜。但人类研究这些硕大的“宇宙妖怪”并非毫无办法。

2017年11月30日，国际权威学术期刊《自然》在线发表，暗物质粒子探测卫星“悟空”有充分数据证实，在太空中测量到了电子宇宙射线的一处异常波动。这一波动此前从未被观测到，意味着中国科学家取得一项开创性发现，且有可能与暗物质相关。<ref name="台海网">{{cite web |url=http://www.taihainet.com/news/txnews/cnnews/sh/2017-11-30/2078852.html |title=评“悟空”新发现：拓宽观察宇宙窗口 真正实现“火眼金睛”| accessdate=2019-10-12}}</ref>

2017年12月底，“悟空”号卫星出现的一场意外状况，导致“悟空”号接收到的数据量突然锐减，；经过30名队友19个小时的紧张忙碌，“悟空”号恢复正常。<ref name="网易新闻">{{cite web |url=http://news.163.com/18/0130/10/D9D1VD2U0001875N.html |title=中国悟空号卫星突然"失明" 19小时天地大营救上演| accessdate=2019-10-12}}</ref>

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[[Category:320 天文學總論]]