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2015年12月17日8时12分，我国首颗暗物质粒子探测卫星“悟空号”在酒泉卫星发射中心成功发射升空，顺利进入预定转移轨道。这标志着我国空间科学探测研究迈出了重要一步。
“悟空”的任务是在太空寻找神秘暗物质存在的证据。为什么要寻找暗物质？迄今为止，人类已经发现的物质只占宇宙中的4.9%，剩余部分可能大部分都由暗物质和暗能量等构成。由于暗物质无法被直接观测，与物质相互作用也很弱，人类至今对它仍旧知之甚少。揭开暗物质之谜，被认为是继哥白尼的日心说、牛顿的万有引力定律、爱因斯坦的相对论、量子力学之后，人类认识自然规律的又一次重大飞跃。但是暗物质粒子湮灭或者衰变产生的宇宙射线粒子或者高能伽马射线不能穿透地球大气，会被吸收掉，科学家们很难在地球上寻找到暗物质。
目前，人类探测暗物质的方式主要分为三类：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。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取得了很大的成就。对撞机探测主要指目前粒子物理学家利用欧洲大型强子对撞机（LHC）寻找暗物质粒子。大型强子对撞机将大量质子加速到十分接近光速并使它们相撞。粒子在碰撞过程中通过强大的能量释放产生大量的新粒子。在大量的新粒子产物中有可能包含暗物质。我国正在计划建设新一代环形正负电子对撞机（CEPC），并在第二阶段升级为质子对撞机，届时对撞机能量比目前运行的欧洲大型强子对撞机能量高7倍，寻找暗物质也是其重要的科学目标之一。间接探测主要是寻找两个暗物质粒子互相碰撞湮灭时所产生的信号。这种信号在宇宙射线能谱上表现为各种“超出”或者“鼓包”。因为大气对宇宙射线的屏蔽作用，这类实验需要发射空间探测器在大气层进行探测。目前，“上天”的暗物质猎手中有4个最为知名：一个是安装在国际空间站上的阿尔法磁谱仪2号，一个是美国国家航空航天局的费米太空望远镜，一个是日本的量能器电子望远镜，还有一个就是中国的“悟空号”。
以《西游记》中的美猴王名字命名的卫星“悟空”，没有携带金箍棒，却带了300多根“水晶棒”。位于卫星核心部位的BGO能量器包含了308根纵横交错的晶体，每一根都有2.5厘米见方、60厘米长，是世界上最长的BGO晶体。这些漂亮的“水晶棒”能够测量入射粒子的能量。电子和质子与晶体发生相互作用，产生类似淋浴喷水形状的簇射，而电子和質子产生的簇射形状不同，因而科学家可以区分出质子和电子。它是人类发现和认识神秘暗物质的“火眼金睛”，能通过高能和高分辨率的仪器来测量宇宙射线中正负电子之比，从而找出可能的暗物质信号。
“悟空”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，能量分辨率比国际同类探测器高3倍以上。作为我国首颗空间粒子探测卫星，“悟空”的科学目标包括：通过观测高能电子、伽马射线来寻找暗物质粒子的可能踪迹；研究宇宙射线的起源、传播和加速机制；找到宇宙中伽马射线的电磁对应体。与国际上其他暗物质探测卫星相比，“悟空”有3个显著优势：一是能够测量的宇宙射线的能量非常高，可以测量到104吉电子伏特；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。
2017年11月30日，国际权威学术期刊《自然》在线发表“悟空”首批探测成果：精确测量到太空中的电子宇宙射线能谱。电子宇宙射线的正常能谱变化应是一条平滑曲线。根据“悟空”积累的观测数据，科学家们发现在0.9万亿电子伏特处电子能谱呈现出明显的拐折，并且有初步迹象表明在1.4万亿电子伏特的超高能段呈现出异常波动，反映在图上是一个“尖峰”。 这对于判定部分电子宇宙射线“是否来自于暗物质”起着关键性作用。
截至2018年底，“悟空”已绕地球飞行了16597圈，探测宇宙射线粒子55亿个。在相同时间内，它积累的万亿电子伏特以上的观测数据相当于国际空间站上的日本量能器电子望远镜和阿尔法磁谱仪2号实验的5倍以上，意味着完成了其他“同行”至少10年的工作量。基于这些数据，科研人员成功获取了目前国际上精度最高的电子宇宙射线探测结果。“悟空”为人类观测宇宙打开了一扇新的窗户，并为人类判断暗物质是否存在提供了“关键性数据”。
2018年12月，“悟空”研制团队宣布， “悟空”完成了初定的三大科学目标。虽然“悟空”已在轨运行3年，达到了预期使用寿命，但由于“悟空”运行状态非常好，将延长“悟空”工作时间两年。 延长工作时间是让“悟空”积累更多的数据量。接下来的两年，“悟空”将继续进行空间粒子探测数据的积累工作，以期获得更多的空间粒子物理成果。
（本刊记者）
【责任编辑】蒲 晖
为什么要寻找暗物质
“悟空”的任务是在太空寻找神秘暗物质存在的证据。为什么要寻找暗物质？迄今为止，人类已经发现的物质只占宇宙中的4.9%，剩余部分可能大部分都由暗物质和暗能量等构成。由于暗物质无法被直接观测，与物质相互作用也很弱，人类至今对它仍旧知之甚少。揭开暗物质之谜，被认为是继哥白尼的日心说、牛顿的万有引力定律、爱因斯坦的相对论、量子力学之后，人类认识自然规律的又一次重大飞跃。但是暗物质粒子湮灭或者衰变产生的宇宙射线粒子或者高能伽马射线不能穿透地球大气，会被吸收掉，科学家们很难在地球上寻找到暗物质。
目前，人类探测暗物质的方式主要分为三类：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。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取得了很大的成就。对撞机探测主要指目前粒子物理学家利用欧洲大型强子对撞机（LHC）寻找暗物质粒子。大型强子对撞机将大量质子加速到十分接近光速并使它们相撞。粒子在碰撞过程中通过强大的能量释放产生大量的新粒子。在大量的新粒子产物中有可能包含暗物质。我国正在计划建设新一代环形正负电子对撞机（CEPC），并在第二阶段升级为质子对撞机，届时对撞机能量比目前运行的欧洲大型强子对撞机能量高7倍，寻找暗物质也是其重要的科学目标之一。间接探测主要是寻找两个暗物质粒子互相碰撞湮灭时所产生的信号。这种信号在宇宙射线能谱上表现为各种“超出”或者“鼓包”。因为大气对宇宙射线的屏蔽作用，这类实验需要发射空间探测器在大气层进行探测。目前，“上天”的暗物质猎手中有4个最为知名：一个是安装在国际空间站上的阿尔法磁谱仪2号，一个是美国国家航空航天局的费米太空望远镜，一个是日本的量能器电子望远镜，还有一个就是中国的“悟空号”。
“悟空”―寻找暗物质的“火眼金睛”
以《西游记》中的美猴王名字命名的卫星“悟空”，没有携带金箍棒，却带了300多根“水晶棒”。位于卫星核心部位的BGO能量器包含了308根纵横交错的晶体，每一根都有2.5厘米见方、60厘米长，是世界上最长的BGO晶体。这些漂亮的“水晶棒”能够测量入射粒子的能量。电子和质子与晶体发生相互作用，产生类似淋浴喷水形状的簇射，而电子和質子产生的簇射形状不同，因而科学家可以区分出质子和电子。它是人类发现和认识神秘暗物质的“火眼金睛”，能通过高能和高分辨率的仪器来测量宇宙射线中正负电子之比，从而找出可能的暗物质信号。
“悟空”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，能量分辨率比国际同类探测器高3倍以上。作为我国首颗空间粒子探测卫星，“悟空”的科学目标包括：通过观测高能电子、伽马射线来寻找暗物质粒子的可能踪迹；研究宇宙射线的起源、传播和加速机制；找到宇宙中伽马射线的电磁对应体。与国际上其他暗物质探测卫星相比，“悟空”有3个显著优势：一是能够测量的宇宙射线的能量非常高，可以测量到104吉电子伏特；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。
“悟空”的重大发现
2017年11月30日，国际权威学术期刊《自然》在线发表“悟空”首批探测成果：精确测量到太空中的电子宇宙射线能谱。电子宇宙射线的正常能谱变化应是一条平滑曲线。根据“悟空”积累的观测数据，科学家们发现在0.9万亿电子伏特处电子能谱呈现出明显的拐折，并且有初步迹象表明在1.4万亿电子伏特的超高能段呈现出异常波动，反映在图上是一个“尖峰”。 这对于判定部分电子宇宙射线“是否来自于暗物质”起着关键性作用。
截至2018年底，“悟空”已绕地球飞行了16597圈，探测宇宙射线粒子55亿个。在相同时间内，它积累的万亿电子伏特以上的观测数据相当于国际空间站上的日本量能器电子望远镜和阿尔法磁谱仪2号实验的5倍以上，意味着完成了其他“同行”至少10年的工作量。基于这些数据，科研人员成功获取了目前国际上精度最高的电子宇宙射线探测结果。“悟空”为人类观测宇宙打开了一扇新的窗户，并为人类判断暗物质是否存在提供了“关键性数据”。
2018年12月，“悟空”研制团队宣布， “悟空”完成了初定的三大科学目标。虽然“悟空”已在轨运行3年，达到了预期使用寿命，但由于“悟空”运行状态非常好，将延长“悟空”工作时间两年。 延长工作时间是让“悟空”积累更多的数据量。接下来的两年，“悟空”将继续进行空间粒子探测数据的积累工作，以期获得更多的空间粒子物理成果。
（本刊记者）
【责任编辑】蒲 晖