茫茫宇宙,太多惊奇。
有了光亮,便看见物质。
有了物质,生命、生存、生活就有了依靠,得到落实。
然而,一切物质并不是永恒,
一旦碰到反物质,它就会瞬间消失。
12月17日8时12分,长征二号丁运载火箭顺利升空,
它搭载暗物质粒子探测卫星“悟空”到太空去,
去追寻人类梦寐以求的暗物质。
“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。
它将在太空中探寻暗物质存在的证据,
研究暗物质特性与空间分布规律。
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。
包括我国在内的世界各国正在筹建或实施多个暗物质探测实验项目。
据介绍,“悟空”全部由中科院研制、生产。工程造价1亿(美元),
远低于国外同类探测器。
卫星将在轨运行3年以上,首批科学成果有望在6个月至1年后发布、公示。
中科院国家空间科学中心主任吴季表示,
暗物质粒子探测卫星,将有望推动我国科学家在暗物质探测领域取得重大突破,
对促进我国空间科学领域的创新发展具有重大意义。
去发现那藏起来的未知宇宙。
当我们仰望星空,其实只看到了宇宙的冰山一角,
宇宙的绝大部分对人类来说是隐藏的。
天文学家估计,宇宙中95%以上是人类还没有弄清楚的暗物质和暗能量,
只有不到5%是已知的普通物质。
暗物质,披着隐身衣的“宇宙幽灵”,
科学家仅知道它们存在,却无法探测到它们在哪里。
暗物质粒子探测卫星“悟空”成功发射,
它的使命就是去寻找暗物质粒子存在的证据。
为什么要寻找暗物质?
宇宙中,因为普通的物质带有电子而能“发光”,
所以,我们能看见它的形状、颜色、巨细。
我们能触碰一面墙、一张桌子,感觉到它们的存在,
是因为有电磁场的相互作用,存在它的魔力。
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,来去无踪,不留痕迹。
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走势。
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”被列在第一。
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,
又一次重大飞跃,具有无量的价值。
它将带来物理学的又一次革命,给人们以有益而深刻的启迪。
怎样寻找“宇宙幽灵”?
目前,国际上对暗物质探测方式主要分为3类。
第一类是,在加速器上通过两束高能粒子对撞,“创造”暗物质粒子;
第二类是,在地下进行的直接探测,
其中我国四川锦屏地下实验室,是目前世界上最深的研究暗物质实验室;
第三类是在太空进行间接探测;
我国暗物质粒子探测卫星在进行时。
第三类方法怎样寻找暗物质?
常进的解释,当一个物质遇到一个反物质的时候,
两者都会被摧毁,由此产生巨大的能量,最终看不到任何影子。
但是暗物质非常独特,它的反物质就是本身,
如果暗物质粒子和自身的反物质粒子发生碰撞时,
产生的能量将会更大,难以估计。
假如能够监测到暗物质粒子碰撞后产生的高能粒子,
如伽马射线、正电子、反质子、中微子等,
并能够精确测量这些粒子的能谱,就能间接证明存在暗物质。
我国暗物质卫星提出的观测对象和观测能区,
都是到目前为止国际上的第一次。
期望这次观测,也能够发现许多人类未知的“第一次”。
进入太空后,“悟空”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;
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,
并开展定向观测这些区域。
暗物质是怎么被发现的?
20世纪30年代初,
美国加州理工学院的天体物理学家兹威基第一个发现,
宇宙中可见物质远远不足以把宇宙连成一片,
如果不是存在一种神秘而不可见的物质,星系早就分崩离析。
科学家把这种看不见的神秘物质称为“暗物质”。
到了20世纪70年代,多种天文观测,
比如盘星系的旋转曲线、星系团X射线观测、引力透镜等都显示存在暗物质,
但直到现在,还没有确定探测到暗物质的信号,不知“所以”。
虽然科学家们还不知道暗物质究竟由什么构成,
但通过观测它如何影响普通物质,
并模拟它的引力效应,还是对它有了一些了解,可以解释。
——宇宙中95%以上是暗物质和暗能量,暗物质占26.8%。
暗物质不发光、不发出电磁波、不参与电磁相互作用,
任何光学或电磁观测设备都无法直接“看”到它的影子。
——暗物质难以探测,还在于它密度小、速度快,难以捕捉,容易逃逸。
科学家测算,暗物质粒子每秒的运动速度为220千米。
——暗物质应该来自于宇宙大爆炸。
在宇宙早期某一个时刻,宇宙温度非常高,粒子能量非常强,
它们剧烈碰撞,在这种相互作用下,
于是产生包括暗物质在内的各种各样的物质。
——宇宙的结构与暗物质有关。
由于暗物质和它自己以及其他物质不发生除了引力以外的作用,
它是促使宇宙膨胀时在自身引力下形成特定结构的首要物质类型。
暗物质播下了宇宙丝状结构的种子,
随后可见物质才聚集在一些由暗物质建立起来的引力点上,并最终形成了星系。
——暗物质对生命来说是绝不可少的。
假如没有暗物质的引力作用,
在宇宙大爆炸后的膨胀过程中,将永远无法坍缩形成我们所在的银河系。
那样的话,现在既没有太阳,也没有地球,更没有我你……
“悟空”什么样?
大小长、宽、高分别为1.5米、1.5米、1.2米,
仅一张办公桌大小而已;
轻重整体质量为1.85吨,有效载荷质量为1.4吨。
功能由4个科学探测有效载荷组成,
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”,
它们联合执行任务,又各司其职,
可以高精度地测量入射粒子的种类、方向、能量和电荷。
每天将传回数据量约16G,
地面100余人的科学家团队将展开分析研究这些数据。
“悟空”在500公里太阳同步轨道上运行。
它的寿命3年以上;
优势:它是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。
思考和感想:
茫茫宇宙,太多惊奇与惊喜。
破解宇宙之谜,无疑对人类的生存发展具有重大的意义。
但是,着迷于基础科学的研究,靠的是志趣、淡定与毅力,
着眼于人类共同的利益。
如果怀揣一颗功利的心,肯定出不了什么好成绩。
世界上,宇宙中,太多未知。
探究自然之谜,除了采用先进的科技,还要具备经济实力,
还要靠普及科学知识,引导青少年献身于自然科学的研究;
因为一个重大的自然之谜的破解,
往往靠一代甚至几代人的共同努力。
培养探究自然的兴趣吧,努力解开宇宙的奥秘。
在沉醉于自然奥秘的研究中,会幸福无比……
作者:追梦1979
2015年12月19日
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