暗物质就像一个“幽灵”一样与科学家捉迷藏，为了捕捉到它的踪迹，科学家们上天入地，但是至今没有结果。中国首颗暗物质粒子探测卫星“悟空”发射升空，它将用“火眼金睛”帮助科学家寻找披着“隐形衣”的神秘宇宙暗物质　　
　
　　

　　亲历“悟空”升空
　　
　　文／姬少亭

　　早上7点，幽蓝夜空温柔地笼罩着酒泉卫星发射中心，从地平线到深空，颜色逐渐加重，一颗明亮金星刺破夜空。地面上的卫星发射塔架是唯一可以聚焦目光的存在。

　　周围极度寂静，能见度极高，目光所及之处的蓝色都极为细腻。周围是碎石子铺成的广场，延伸到远处，白杨林从地平线伸出来，伸向天空。

　　“这是我离航天最近的一次。”受邀观摩发射的科幻作家刘慈欣站在距离发射塔架1500米的地方说。这是人类可以承受的最近安全距离。

　　忽然，人们爆发出欢呼：点火了!火光像颗恒星照亮了周围。“点火了点火了!”人群中跳出这样的声音。

　　发射!8点12分，轰隆隆的声音从发射塔架波纹般荡漾到周围，胸腔里感受到强烈的轰鸣，火箭升空，火焰中可以看见保温层脱落下来形成的碎片，随着火箭逐渐升高，这些碎片在火光中翻滚飞舞。

　　“啊——”人们爆发出欢呼!几个年轻人跳了起来。火箭在人们的仰望中升入夜空，天开始蒙蒙亮，地平线的红色慢慢升起，藏蓝色的夜空渐渐褪去，几颗星星仍然清晰可见。“悟空”不断升高，从地面上看，它越来越靠近金星，继而擦肩而过，飞跃了金星。

　　火箭还在继续升高，抵达最高点之后，划出一道弧线向西南方向飞去，光线明朗，能够清晰看到二级火箭分离。

　　“这很可能是一个新的开端。面对暗物质和暗能量这两朵新世纪的乌云，我非常期待暗物质能讲出什么样的故事来。”刘慈欣说。

　　“不管得到什么样的发现，不论是找到了暗物质还是证实它不存在，发现了就能讲出震撼的故事。”他望着火箭，听到轰隆隆的声音，“血液中都很震撼”。这位描写人类未来的科幻作家此时看着火箭就像“一个孩子看着圣诞老人取礼物”。

　　进入500千米太空轨道后，“悟空”在微博上向地面问好：“看见金星，看见你们，轰隆隆的声音盖过你们的欢呼。控制中心和广场上的你们，再见!一切顺利的话，很快地面将会收到我发回的科学数据! ”

　　“它将开辟出来的物理学新世界很难想象。”刘慈欣说。

　　“我当着悟空师父的面声称我是他的好朋友啊。”一位观众对记者说，还炫耀了她在发射现场跳起来的照片。

（12 月17 日，甘肃酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将中国科学卫星系列首发星——暗物质粒子）

　　发射圆满成功，“地草莓”有机会向“悟空”的师父们提问。“我很关心我这个朋友的!所以想问他跑到天上去一个跟头翻多远?跑得快不快啊?还有最关心的就是它三年服役期满会怎样呢?我很担心他会像嫦娥一号一样一头栽在月球上啊，想想心都要碎了。”她一口气问了好几个问题。

　　“首先，它不是翻跟头的，他驾着七彩祥云，以第一宇宙速度稳健地飞着。”空间科学卫星工程常务副总指挥、中科院国家空间科学中心主任吴季答道。

　　“关于寿命，只要他还能工作，10年、20年地球都会支援他的!”吴季说。

　　也许人类的物理学将会被这颗卫星改变，也许他会像所热爱的那只“孤独的理想主义猴子”一样，火眼金睛，在茫茫太空中识别暗物质的踪影。

　　“所有的猜想都会由探索给出答案。”“悟空”在微博上写道。

 

　　悟空：暗物质我来了!你准备好了吗?
　　
　　文／吕冰心

　　12月17日，我国在酒泉卫星发射场用长征二号丁运载火箭发射自行研制的第一颗天文卫星——“暗物质粒子探测”(DAMPE)，从而开始我国空间天文学发展的征程。

　　暗物质是什么?目前还无人知晓

　　暗物质研究是当前粒子物理学、天体物理学研究领域中最前沿、最基础、最重要的研究课题之一，其研究成果将带来人类认识宇宙的重大飞跃，还有可能导致新的物理学革命，极大地改变人类对于物质世界的认识。

　　从上世纪30年代科学家最早提出暗物质到现在，科学家们对于暗物质的探索已经走过80余年。“但暗物质究竟是什么，目前国际上无人真正知晓。”暗物质卫星科学应用系统副总设计师范一中介绍说。

　　目前已知的是，它不发出电磁波、不参与电磁相互作用，无法用光学或电磁观测设备直接“看”到。暗物质属于物质的范畴，在宇宙物质质量中，不发光的暗物质约占85%，而普通物质仅占15%。且通常认为，暗物质粒子的质量要比质子大许多，而且寿命比宇宙的年龄(137亿年)要长。它与普通物质的作用非常弱，同时它们的总质量比普通物质多5倍左右。

　　暗物质由于具有不吸收光，也不发射光的特性，所以在日常生活、实验室中至今还没有直接被看到。既然暗物质看不见，科学家又是如何发现它存在的呢?

　　范一中介绍，暗物质最早是天文学家们为了解释星系质量的动力学测量和光度测量结果产生的巨大差异而引入的一种未知物质粒子。因为光度和质量有一定的关系，通过测光度可进一步判断天体的质量是多少。但经过科学家们的研究和计算发现，看得见的物质和它贡献的引力之间存在着差异，故此推断宇宙中有我们看不见的暗物质存在。

　　举例来说，我们都知道，地球绕着太阳转，通过计算太阳对地球的引力和距离，可以得知地球旋转的速度，以及地球由此形成的稳定的运动轨道。但假如，太阳的质量变轻，它对地球的引力相对降低，如果地球仍然保持同样的速度运动，此时的引力便无法束缚住地球，地球就会“飞”出去。

　　在天文观测的时候，也发现了类似的现象。比如在星系里，恒星的旋转速度很快，这种引力比我们能够看到的物质所贡献的引力要大很多，正是由于这种差异和效应，便间接推断出宇宙中的确存在看不见的暗物质。

　　科学家们正在一步步地揭开暗物质神秘的面纱。暗物质粒子探测卫星就是国际上众多探测实验之一。

（暗物质卫星首席科学家、紫金山天文台副台长常进）

　　“悟空”如何探测看不见的暗物质?

　　“暗物质粒子探测器在发射升空后，将围绕地球旋转，面朝太空，全面接收来自宇宙的高能电子和伽马射线，所有收集到的科学数据将完整保存，并实时传回地面。”范一中介绍，暗物质粒子探测卫星通过高精度、高灵敏度地探测伽马射线、宇宙射线来寻找暗物质粒子存在的证据。

　　主流的暗物质模型理论认为，暗物质粒子是它自身的反粒子。两个暗物质粒子碰在一起时会发生湮灭，进而产生伽马射线、正反宇宙射线(例如质子、电子等)。这些伽马射线、宇宙射线具有特殊的能谱和空间分布，所以可以和普通天体物理过程产生的伽马射线、宇宙射线区分开来。

　　暗物质粒子探测卫星的载荷主要由4个子探测器组成：一是兰州近代物理研究所研制的塑料闪烁体探测器，其主要功能是测量入射粒子的电荷数;二是高能物理研究所负责研制的硅径迹探测器，其主要功能是测量入射粒子的方向;三是中国科技大学与紫金山天文台研制的电磁量能器，其主要功能是测量入射粒子的能量并区分入射粒子的种类;四是紫金山天文台研制的中子探测器，其主要功能是区分粒子种类。

　　与国际同类探测器相比，此次我国发射的暗物质粒子探测器能段范围最宽，能量分辨率最优。“一个质子的静止能量大概是1GeV，而我们的暗物质粒子探测卫星所能探测的能段范围从5GeV开始，最高可探测到10TeV的范围。”范一中解释，这是因为我们的探测器最厚，能量泄漏最少，从而造就了它能量分辨率最高的特质。

　　范一中坦言，暗物质粒子探测卫星是我国系列科学卫星的首发星，在很多方面没有先例可循。但整个仪器研制团队包括在欧洲核子中心的束流测试队伍总计约100人，分工明确，全力以赴地攻坚克难，在时间异常紧迫的情况下，一共历时4年，最终顺利地完成了探测器及卫星的研发。除了卫星探测器的研制单位，中国科学院空间中心承担了数据管理分系统的研制，卫星平台由中国科学院微小卫星工程中心研发，紫金山天文台、中国科学技术大学承担探测器物理数据处理软件开发。

　　地下实验室直接探测暗物质

　　中国科学院高能物理研究所毕效军研究员介绍，现在科学界普遍运用三种方法寻找暗物质，除发射暗物质粒子卫星间接探测外，还有地下实验室直接探测和利用粒子对撞机模拟宇宙大爆炸初期情况进行探测暗物质的对撞机探测。

　　地下实验室直接探测是指深入到地下在实验室的环境中寻找暗物质粒子。至于为何要深入到地下寻找暗物质，毕效军解释，“暗物质的作用概率极低，虽然每天可能有大量暗物质粒子穿过我们的身体，但每年仅仅只有几个会与暗物质发生碰撞。由于暗物质的信号太过微弱，所以需要降低‘噪声’，也就是外界信号的干扰。‘噪声’主要来自宇宙射线和中子。因此，为了尽可能屏蔽宇宙线减少干扰，必须深入到地下。”

　　位于四川省凉山州的“中国锦屏地下实验室”是我国地下探测暗物质的实验室，它的垂直岩石覆盖厚度达2400米，是目前世界埋深最深的地下实验室。2010年，中国锦屏地下实验室投入使用，上海交通大学和清华大学主导的两个实验—PandaX和CDEX入驻锦屏实验室。作为全球最深的同类型实验室，锦屏实验室上方2400米厚的岩石层可拦截大部分穿透力极强的宇宙射线，使其数量降至地面水平的亿分之一。

（位于四川省凉山州的中国锦屏地下实验室是我国唯一的暗物质探测实验室）

　　实验室地下岩洞主要由大理石构成，辐射材料少，且远离会导致错误信号的辐射源。为尽可能去除干扰，实验核心装置外还安装了由铜、聚乙烯、铅块组成的多个屏蔽层，以此将实验室中的中子、伽马射线等阻挡在探测器外。即便有这样层层设防的结构，各种与暗物质无关的辐射物还是会与探测器中的氙原子核发生每秒成百上千次的碰撞，这些干扰信号要靠计算机来筛选。

　　暗物质的探测实验已经在多个国家的地下实验室中开展了近20年，技术也日趋成熟。而为了增加探测到暗物质粒子的可能性，目前，锦屏地下实验室正在进行扩建，完工后实验室总容积将从目前的4000立方米扩容到约30万立方米，可容纳更多的实验组。

　　“上天”和“入地”相比，谁探测到暗物质的可能性更大?范一中认为，“入地”直接探测暗物质，测量的是暗物质的质量以及暗物质与普通物质的作用截面。而“上天”间接探测暗物质，可以测量暗物质的质量、暗物质的湮灭截面以及暗物质粒子在空间中的分布，并能更好地和暗物质的天文观测联系起来。直接探测和间接探测都是暗物质研究的必要手段，两者互为补充，不可替代。

　　“目前有一些暗物质粒子的疑似信号，但这些信号是否正确有待更好观测的检验。所以总体来说，现阶段世界上所有的实验都无法预测探测到暗物质的可能性有多大。” 范一中说。

　　暗物质探测领域国际竞争激烈

　　我们的宇宙来源于大爆炸，在大爆炸最早期的时候，宇宙当中的物质几乎是均匀分布的。毕效军介绍，“但现在的情况却截然不同，比如我们现在看到的地球、太阳、星系等，这些都是不同类型的、不均匀的天体结构。而这种不均匀的呈现则是来自于引力的作用。”

　　在宇宙中，有物质、质量的地方就会有引力。而事实上，暗物质比实际的可见物质多很多，因此在一定程度上可以说，人们现在看到的这些结构实际上是在暗物质的引力下形成的。正因为此，科学家们研究认为，探测暗物质的存在对于正确理解宇宙的形成及演化至关重要。

　　了解暗物质的物理性质不仅对天文学有着重要的意义，对物理学的发展也有重要的意义。因为暗物质粒子在宇宙中的总质量是人类熟悉的普通物质的5倍以上，所以成功地探测到暗物质还可以极大地增进人类对物理世界的全面认识。

　　正因为暗物质具有如此多潜在的“魅力”，暗物质探测领域吸引了众多中外科学家们的加入。目前，包括欧美、日、韩在内的许多国家都投入了巨资进行暗物质探测。

　　在这一领域，国际上各个国家的竞争相对激烈。比如，在地下实验室直接探测暗物质粒子的过程中，灵敏度对于实验的准确性尤为重要。实验的灵敏度越高，发现暗物质粒子的可能性就越大。世界上各个国家的许多实验室几乎是同时开展研究和竞争的，而竞争的激烈性和残酷性表现在，如果某一组的实验结果表明该实验的灵敏度更高，那么，在获得荣耀的同时，也打败了世界上与此同时进行的其它实验。因此，各个国家都把不断提高灵敏度作为地下实验室探测攻关的重点。

　　在间接探测方面，目前就有华裔科学家丁肇中教授领导的阿尔法磁谱仪、美国宇航局费米太空望远镜、日本“量能器电子望远镜”等实验设备正在运行。

（四川省凉山州雅砻江锦屏水电站，中国锦屏地下实验室内，来自上海交大的谢鹏伟正在分析实验数据）

　　在暗物质的探测和研究上，中国其实一直在持续发力。 2009年7月，中科院发布的《创新2050：科学技术与中国的未来》战略研究报告显示：揭开暗物质、暗能量之谜，将是人类认识宇宙的又一次重大飞跃，可能导致一场新的物理学革命。为此，需投资建设几项关键性的探测暗物质、暗能量的重大实验装置，包括地下和太空的粒子探测器和在南极建立大口径天文望远镜，以取得第一手实验数据，在国际竞争中处于主导地位。

　　范一中介绍，中国对暗物质探测的早期主要是参加欧洲、美国、韩国的实验。2009年之后相继开展了自己的实验，例如清华大学、上海交大在四川锦屏山地下实验室进行暗物质直接探测和紫金山天文台在建造暗物质粒子探测卫星将进行暗物质的间接探测。经过这些年的积累，我们国家在暗物质探测领域也具备了较强的竞争力。

　　地面成功接收“悟空”数据

　　12月22日，中国科学院对外宣布，该院遥感与数字地球所所属中国遥感卫星地面站喀什站，已于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，至8时52分完成任务数据的接收、记录，并传输至中科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。

　　喀什站接收到数据后，中国遥感卫星地面站密云站和三亚站也分别于20日17点46分和19点14分，成功实现对“悟空”X频段下行数据的跟踪、接收、记录和传输。经中科院国家空间科学中心处理验证，各站接收的暗物质粒子探测卫星数据格式正确、质量良好。

　　据悉，“悟空”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，其首批科学成果可能在6个月至1年后发布。

 

　　暗物质匠人梦见寿司

　　文／马之恒

　　11点50分，通过电话预约的9位客人，来到了这间坐落在老巷子里的寿司屋。他们鱼贯而入依次落座，年迈的匠人已经在寿司台前恭候。对门商号里的老电视正在播报关于暗物质卫星的新闻，却被重新关闭的和风大门挡在了外面。在低矮得略嫌逼仄的木屋顶下，隐约弥漫着醋饭和昆布的独特气味。

　　寿司师傅推荐菜单照例从口味最清淡的鱼开始。8位客人选择了这样的吃法，等着老人选出店里最好的食材，做成不同的手捏寿司依次呈上，营造出充满变化的惊奇体验。唯一的例外，是坐在最右边阴暗角落里的金发碧眼的汉子。这个西装革履的中年男人几天前才从大洋另一边，一个叫什么“纽约”的地方赶过来，不知用什么方法联系上另一位预约的食客，并与其交换了位置，方才得以挤上今天的餐桌。

　　老师傅冷眼看着这位初次见面的客人做出一连串粗鲁无礼的举动：他用两只白里带红的胖手各拿着一根筷子来回摩擦，像是要检查一下这精致的漆器上有没有倒刺;半分钟后，一份现磨山葵又被拌进了特选酱油里，两种调料严整的味道随即被迅速“中和”成一种含混不清的杂糅。纽约人并不以为然，他随意地把筷子搭在餐碟边上，又从西服口袋里掏出一个装饰着宝石的大号智能手机，在触屏上按了几下，他头上的蓝牙耳机里便传出了窸窸窣窣的人工语音，说起各国专家用对撞机和探测卫星研究暗物质的事情。直到老匠人的身影挡住了本就暗弱的灯光，中年汉子才头也不抬地说，他要先看看菜单再点餐品尝。

　　“我的店里可没有菜单，嗯，这世上从来就没有菜单。”老人强压下心里的火气。他的操作台都留给了当天最新鲜的海产品;只有几个关系最好的熟客才知道，在操作台下面一个不锈钢制作的夹层里，还存着一件不知名的科学仪器和若干古怪的星图。

　　老人的回答让客人愣了几秒钟，视线本能地从手机上移开;但他随即恢复了镇静，把目光投向老人身后的一块木板，那上面有个看起来酷似星系图的树节：“我猜这里一定有鸟蛤和赤贝，我也要品尝金枪鱼的前腩和颈腩，烤鳗鱼，比目鱼，除了这些手捏寿司，再来鲑鱼籽军舰卷、海胆军舰卷和一份鲷鱼生鱼片。”中年人显然并不太在乎这一餐的消费，报出这一串菜名之后，他的视线就变得更加迷离了。

　　尽管眼前的生客从进门开始便表现得粗鲁而又漫不经心，与这家店以及寿司更称不上“投缘”，老师傅却仍然决定精心准备，因为这关系到寿司匠人的尊严。他取出一个有着夜空般蓝紫色的圆瓷盘，先让堆成三棱锥状的白萝卜丝和紫苏叶各居其位，再熟练地切开鲷鱼肉，将鱼片倚着萝卜丝排成错落有致的阵列，顺手放了1/4个柠檬和一小团山葵作为装饰。在这个直径不足25厘米的空间里，所有的事物都不对称，并得益于盘底“留白”的烘托，呈现出一种难以捉摸又动人心魄的禅意。

　　“啊……这是……一份只有这么多吗?”送到眼前的美味，总算让客人的视线再度离开了手机。分量平平的生鱼片让他略有些失望，但寿司师傅接下来的话足以令他吃惊。

　　“宇宙不也是如此吗?你们能看见的，望远镜能探测到的，总不如看不到的多。你们的智能终端上，不也是这么写的吗?”

　　“您也懂得暗物质研究?”客人的态度稍稍恭敬了些。他或许注意到了老师傅对手机的独特称谓，却没有听出老人口中那个出现了两次的代词蕴含的深意。

　　“只是略懂而已。”老人脸上现出难以捉摸的微笑，而后便将注意力转回到操作台上的食材。在这一瞬间，食客想起了他以前在网上看到过的一个都市传说：每一位寿司师傅，都有些许不能明言、也不可追问的神秘往事。既然如此，他也只得拿起筷子，夹起盘中的鱼肉，却只吃一片就又停了下来。

　　比目鱼手捏寿司紧随其后。口味淡雅的白色鱼肉下面，是老人特别压紧的米饭。他知道，眼前无知的食客很可能会用筷子而不是手来夹起寿司，甚至还要再将它浸入餐碟里那一摊怪异的混合液体。然而他还是失算了，纽约人没有理会寿司旁边用来清口的腌姜，甚至没有动筷子，而是拿出一柄多功能刀，把寿司横着切下大约1/3，再用刀尖叉起来端详一番方才送进口中。而后，他又开始了等待。

　　“你怎么不吃了?”老人的声音不高，甚至连嘴唇都几乎没有动，简短的问句却充满了威严。与此同时，他用轻微得无人可以察觉的动作，踩下了寿司台后面的一个开关。这名客人怪异得几乎可以说是亵渎的举动，已经逼近了他忍耐的极限，让他不得不有所行动。

　　“啊，这个，我需要保持我的味蕾在最佳状态。”中年人的语调从平淡逐渐变得自豪，“这么说吧，我是夏尔·杜佳尔美食研究院的品鉴员。您一定听说过，我们上百年里专注于寻找全球的美食……”

　　“滚出去!你根本不懂得欣赏!真是可惜了这些鲷鱼和比目鱼!”不等他解释完，老人已是勃然大怒。

　　纽约客嗫嚅着，接下来的话却再也说不出口。老师傅的情感以一种并非语言的独特方式冲击着他的脑海，如同威压的潮水，迫使他不得不灰溜溜地离席。其他的食客仿佛都为寿司的美味所沉醉，全然没有注意到这场小小的争执。

　　40分钟之后，剩下的8位客人都吃完了他们的寿司，品茶，埋单，出了门方才长出一口气。在他们身后，和风大门已经被关得严严实实，让古老的内室再度和外界隔离。

　　他们永远不可能知道，门的另一侧此时已是判然不同的景象。古朴的寿司台和席位沉入了地下，只剩下一片难以名状的黑暗。但在老匠人眼里，这间斗室却是被一幅巨大而精致的星图投影所占据。当年，为了一项旷日持久的研究，他的身体接受了全面深度改造，变得与同类判然不同。而后，他穿越宇宙中那道看不见的屏障，来到这逼仄的“光明世界”，又在研究样本星系的第三颗行星上落脚，以观察这里原始得令他吃惊的另一些“智慧生命”。他看着一个个原始聚落发展成为城市，部落酋长给自己加上了越来越多的头衔，驱使成群的奴仆为自己修建宫殿和陵墓;寿司从保存鱼肉的方法，变成木箱里的快餐，最终登上了大雅之堂。然后，几乎就在刹那之间，他们拥有了飞向太空的能力，继而意识到他们亲眼所见的宇宙绝非全部，“暗物质”的概念由此诞生，寻获之路却荆棘重重。

　　唯一知道真相的老人一直保持着沉默。除了身为研究者所必须遵循的戒律，他也深知科学和心智发展如若不能平衡，将带来多大的连锁反应。自从成为寿司匠人，他亲眼看着鳗鱼和金枪鱼在各路捕捞者的夹击下节节败退，管理不善的近海养殖场也不断污染着海洋。他知道，这个习惯了竭泽而渔，小有成就便会沾沾自喜的智慧种族，还要在茫茫星海中摸索，走过无数歧路，方才有可能触碰到新世界的大门。

　　发育成熟，总是需要代价的，寿司料如此，文明也不例外。■