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打开观测宇宙新窗口:中国科学家探寻暗物质的创新与执着

时间:2016年06月01日 信息来源:新华社 点击: 【字体:


新华网北京5月31日新媒体专电 在南京市中心摩天大厦旁一座不起眼的小白楼里,高性能计算机的绿色灯光一刻不停地闪烁着,接收着5个月前成功发射的暗物质粒子探测卫星“悟空”从太空传来的数据。

中国第一个现代天文学机构——紫金山天文台暗物质与空间天文实验室的科学家正从这些数据中探寻着隐秘的暗物质,努力破解“宇宙幽灵”的黑暗之谜。

带领这支团队的紫金山天文台副台长、暗物质粒子探测卫星首席科学家常进说,目前,暗物质卫星已经探测到8亿个高能粒子,完成了90%天区的扫描。

“我最好奇的是天上究竟有什么奇奇怪怪的东西。现在,我们要把卫星传回的原始数据变成科学数据,再一步步分析,这就像一个复杂的游戏,很有趣。但更有趣的,是能把那么多厉害的人团结在一起做一件事。”常进说。

创新打开探索宇宙的新窗口

1992年刚到紫金山天文台工作的常进意识到,宇宙高能电子、伽马射线是人类天文观测的空白,然而这种观测需要昂贵的仪器。他认为,科学研究不能只跟着欧美、日本等国家走。

他提出了独特的空间观测高能电子和伽马射线的方法,并从2000年开始与美国合作开展南极ATIC气球实验。从中,他发现了宇宙高能电子的异常,这种异常有可能与暗物质的湮灭相关。

常进的学生胡一鸣从小对天文感兴趣。2004年从南京航空航天大学毕业后,他考入紫金山天文台成为天文仪器制造与方法专业的研究生。2007年底至2008年初,胡一鸣作为唯一一名中方研究人员去了南极,参与了ATIC项目最后一次气球放飞实验,从南极高空窥探宇宙之谜。

他说:“在南极实验中,由于常进老师提出的想法,美国科学家改变了原先的设计,对探测器进行改造,适应常老师的探测目标,这是对中国科学家创新理念的巨大肯定。”

由于气球实验无法排除宇宙高能粒子与大气碰撞产生的“噪音”,从2002年起,常进多次向有关部门申请太空探测暗物质,但都石沉大海。与此同时,他带领团队参与了载人航天和探月工程的探测器研制,多次获得国家科技进步奖。在赢得无数奖状、鲜花和掌声的同时,他也在为太空探测暗物质研究努力着。

常进坚信申请不成功不代表他的方法不行。没有经费支持,常进就一边做技术上准备,一边积极与美日开展合作探测。美国和日本的卫星都使用了常进的探测方法。

基于几次南极实验的数据,常进作为第一作者于2008年在国际权威学术刊物《自然》上发表文章,介绍了有关宇宙高能电子异常的发现。这一发现被美国物理协会和欧洲物理协会评为当年世界物理学领域的重大研究进展,并引发了一轮国际探索暗物质的热潮。

正是由于这一成果,暗物质粒子探测卫星终于在2011年正式立项。

探究神秘星空需要脚踏实地

暗物质粒子探测卫星有效载荷副总设计师郭建华回忆道,刚刚开始研制卫星时,团队没有航天经验,几乎是从零开始。“探测器该用什么样的芯片,我们都一头雾水。虽然我们做了很多地面实验,但是要发射上天的仪器需要达到太空环境更严苛的标准。为此,我们走访了上海、西安、烟台等地的很多航天单位,与专家进行交流。”

科学家们将探测器运往欧洲核子研究中心做束流实验,以验证暗物质卫星的性能。“这是中国第一次把大型探测器送到欧洲核子研究中心做实验。一开始,我们什么都不懂,实验的各个环节都要一点点去摸索。”郭建华说。

为了第一时间掌握探测器的工作状态并保障实验顺利进行,在欧洲核子中心的前三天郭建华一直呆在实验现场,总休息时间不到8个小时。长时间持续工作引发了胃部的严重不适,但郭建华一直咬牙坚持。

试验队克服了各种困难顺利完成了一系列实验,技术指标均达到国际先进水平,为卫星探测器的研制奠定了坚实基础。

在探索未知宇宙过程中,困难与摸索一直持续不断。

最终,科学家们将暗物质卫星打造成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,它的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。

让科学家执着自由地追求创新

郭建华说,科学家应该具有执着、锲而不舍的精神。“现在社会更多元化,即使在科学领域,也不断有新的热门方向出现。但是我觉得一个科学家,要长期坚守自己的爱好与擅长。”

常进认为,科学家要求真务实,求真是目的,务实是方法。

他指出,目前中国的科研体制也存在一些弊端,科学家面临的主要问题是行政管理机构庞大,效率低下,浪费科学家时间的事情太多。“我有至少三分之一的时间,是忙着应对各种检查和写项目申请书,有的申请书要写两百页。”

“做科研与搞工程是不一样的,不能把科学家都变成会计、律师。科学研究要有创新,很多时候科学探索是未知的,无法把今后的任务都像工程计划一样制定出来。要给科学家自由的时间,搞科研需要连贯性。”常进说。

他认为,中国正处于科学研究成果爆发的前夜。“现在中国还缺少诺贝尔奖级的成果,但不用着急。只要大家埋头苦干,水到渠成,中国的科学家会在不久的将来取得一系列重大突破。”


(作者:喻菲)
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