暗物质粒子探测卫星
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“悟空号探索宇宙核心秘密2022年11月30日,中国科学院在北京召开新闻发布会,介绍了我国暗物质粒子探测卫星——“悟空”号取得的首批科学成果。
相关成果同一时间在英国《自然》杂志发表。
我国科学家宣布:利用“悟空”号运行前530天记录的数据,他们绘制出了全世界最为精确的高能宇宙线电子能谱,据此人们可以分析其中蕴含着的丰富的关于宇宙的,特别是那些可能和长久以来人们力求破解的暗物质之谜相關的反常现象。
“悟空”号卫星的惊人发现“悟空”号卫星此次发表的结果是宇宙线中的一种粒子——电子的能谱。
宇宙线是充斥于整个宇宙空间、高速运动(速度非常接近光速)的高能量微观粒子。
它们主要是电离了的原子核,包括约87%的质子(氢原子核)、约12%的α粒子(氦原子核),剩下不到1%是更重的原子核、少量电子、反质子和正电子等粒子。
电子是围绕着原子核运动的带负电的粒子,它们在宇宙线中的丰度很低,只有约千分之一。
既然电子与原子核相比数目如此稀少,那么为什么还要费劲去观测电子呢?实际上电子和原子核的观测都有用处,它们对应的科学目标不尽相同。
对于我们最感兴趣的暗物质探测这个目标,电子观测比原子核来说更有优势。
形象地说,我们探测暗物质相当于大海捞针,暗物质的信号非常微弱,本底又非常高,探测难度很大。
如果我们可以缩小搜寻范围,那么便可以降低难度,提高成功率。
相对于大量的原子核来说,电子数量稀少,通过电子探测暗物质相当于我们从“大海”转到“湖泊”里面去捞针,虽然依旧很难,但显然难度降低很多。
通过宇宙线探测暗物质属于暗物质探测中的间接探测方法,即通过探测暗物质粒子湮灭或衰变产生的普通粒子(其中就包括电子)来间接探测暗物质粒子。
根据理论物理学家的预期,暗物质可能具有微弱的相互作用,通过这样的相互作用,暗物质粒子可以发生自湮灭或者衰变,就像一对正负电子碰在一起会发生湮灭而转换成伽马射线或者别的粒子一样,一对暗物质粒子湮灭也可以产生正负电子、正反质子、伽马射线等粒子。
2018年下半年全国事业单位联考《综合应用能力》(C类)真题(总分:100.00,做题时间:120分钟)一、材料分析题材料1从20世纪30年代至今,科学界从未停止对暗物质的探索。
那么,什么是暗物质?找到它难在哪里?探索它又有何意义?2015年12月17日,由中国科学院总体研发的我国首颗暗物质粒子探测卫星"悟空"发射升空,它的一个使命就是寻找暗物质存在的证据。
一般情况下,凭借肉眼或借助工具就能看到普通物质,但暗物质是个例外。
暗物质最早是天文学家观测宇宙时"发现"的。
20世纪30年代,瑞士天文学家茨威基研究发现:在星系团中,看得见的星系占总质量的1/300以下,而99%以上的质量是看不见的。
这一结论意味着星系团中有某种神秘物质被人忽略。
在当时,多数人并不认同茨威基的观点。
不过,后来的宇宙观测结果越来越验证这一观点的可信性。
因为按照万有引力原理,物体围绕中心旋转,越往外转动速度越低。
但20世纪70年代,科学家在观测宇宙一些星系中的恒星运行速度时发现,往外看,围绕中心的速度并不都是衰减下去,有些和内圈恒星的速度差不多。
理论上讲,越往外,物质越少,引力也越小,速度也应该越低。
科学家由此推测:外圈的那些能被直接观测到的、数出来的星星数目变少了,但其实内部的物质数量并没有减少,引力也没有变小,只不过没被观测到而已。
这些天文观测直接看不到的物质被称为暗物质。
"虽然我们从来没有直接'看到'宇宙中存在这种物质,但我们却发现了由于这种物质的引力作用对于其他可见的物质运动的影响,这是我们断定宇宙中存在这种物质的理由。
"中科院高能物理所研究员毕效军说。
暗物质的物理组成到底是什么?毕效军说,通常认为暗物质是一种不发光、不发出电磁波、不参与电磁相互作用的全新粒子。
与通常物质一样,暗物质也有引力作用。
根据引力效应,天文学家估算,宇宙由27%的暗物质,68%的暗能量和5%的普通物质组成。
2022-2023学年辽宁省抚顺市国家公务员公共基础知识测试卷(含答案) 学校:________ 班级:________ 姓名:________ 考号:________一、单选题(10题)1.继暗物质粒子探测卫星“悟空”、实践十号返回式科学实验卫星、量子科学实验卫星“墨子号”发射升空并取得初步科学成果后,我国()任务现已全面启动。
A.“十三五”极地科学B.“十三五”空间科学C.“十三五”虚拟科学D.“十三五”信息科学2.若厂商的销售收入随着商品价格的上升而减少,那么这种产品的需求弹性为()。
A.缺乏弹性B.富有弹性C.具有单位弹性D.无法确定3.工作时间饮酒造成后果的,给予降级或者()处分。
A.降职B.撤职C.开除D.辞退4.第21题下列关于自诉案件的表述正确的是()。
5.12月2日,()第二巡回法庭对原审被告人聂树斌故意杀人、强奸妇女再审案公开宣判,宣告撤销原审判决,改判聂树斌无罪。
A.河北省高级人民法院B.山东省高级人民法院C.最高人民检察院D.最高人民法院6.关于中国古代各个朝代的人才选拔制度,搭配有误的是()A.商周——世卿世禄制B.汉——军功爵制C.魏晋南北朝——九品中正制D.隋唐至明清——科举制7.首届中国国际进口博览会即将进入倒计时100天的“冲刺期”,这是世界上第一个以进口为主题的大型博览会,2018年11月5日至10日将在( )举办。
A.北京B.上海C.杭州D.南京8.( )基层党建大数据中心揭牌,平台设置先锋、堡垒、e支部大数据和综合指标四大板块,有323个功能模块、1175个功能点和图表、千万余组数据。
A.江苏省B.吉林省C.河北省D.湖北省9.10.我国对资本主义工商业进行社会主义改造的政策是()。
A.无偿没收B.和平赎买C.有偿征用D.限制发展二、多选题(10题)11.第33题目前,我国农业已进入一个新的转变阶段,这就是()。
A.由个体农业向集体农业转变B.由自给农业向商品农业转变C.由传统农业向现代农业转变D.由单一性农业向综合性农业转变E.由自然农业向社会化农业转变12.2011年,关于“遇到跌倒老人扶不扶”的话题成为社会讨论的焦点。
《植物会说话》说明文阅读答案教书育人楷模,更好地指导自己的学习,让自己不断成长。
让我们一起到店铺一起学习吧!以下是店铺为大家编辑的阅读答案文章,欢迎大家阅读!我国古代图书馆阅读附答案“悟空”探“妖”阅读附答案悟空探妖①2015 年 12 月 17 日 8 时 12 分,悟空在酒泉卫星发射中心升空。
它是一只非常勤奋的猴子,每天要绕地球飞行15 圈,从不偷懒。
②悟空是我国第一颗主要用来探测暗物质的人造卫星。
其实,它就是一台空间望远镜,担负着寻找暗物质粒子、研究暗物质特性及其空间分布规律等任务。
③一般人听到暗物质会一脸茫然:这是什么妖魔鬼怪?为什么要寻找它?顾名思义,暗物质就是通过人眼和其他设备看不到的物质。
天文学家在长期的观测研究中发现:许多星系中存在额外的、看不见的引力源,宇宙的总质量其实远远大于已知物质的总质量。
他们据此推测,宇宙中应该还存在着一种暗物质。
我们已知的各种物质基本上都要受电磁力的影响,要么吸收光,要么反射光,要么就自己发光;但暗物质不与光波发生作用,它对电磁力无动于衷,所以我们无法看到它。
④半个多世纪过去了,对暗物质的研究依然不明朗。
目前,能够确定的是,宇宙总能量_的_26.8%由暗物质贡献,普通物质只占_4.9%,暗物质的能量是普通物质的_5_倍以上。
有这样隐形的庞然大物存在于宇宙中,却又看不见摸不着,这的确让科学家心痒难耐。
而且,暗物质与我们人类的生存息息相关。
科学家发现,所有发光物质提供的引力无法抵消星系内旋转时产生的离心力,因此推测,是暗物质在提供额外引力,以阻止星系解体。
也就是说,没有暗物质就没有星系,也就没有人类。
而且,作为一种全新的、未知的粒子,暗物质很有可能开创前所未有的应用空间。
⑤那么,怎样才能找到传说中的暗物质呢?悟空的任务,就是上天捕捉暗物质粒子碰撞湮灭时产生的高能电子。
简单地说,悟空在观测中如果突然发现某一速度的电子射线数量变多了,但这又无法用现有理论来解释,那么这些电子射线很有可能是暗物质湮灭时产生的。
小蜜蜂影响大生态阅读附答案 小蜜蜂影响大生态(节选)①蜜蜂属于传粉动物。
美国农业部的研究显示,传粉动物参与了养活全球1/3人口的粮食生产。
在众多传粉动物中,蜜蜂的传粉效果最优,增产贡献最大;同时,对维持生物多样性和生态系统的平衡稳定更有着不可或缺的重要作用。
南宋诗人杨万里《蜂儿诗》将蜜蜂对人类的巨大贡献体现得淋漓尽致:蜜蜂不食人间仓玉露为酒花为粮。
作蜜不忙采蜜忙,蜜成犹带百花香。
②蜜蜂被称为自然之子人类益友。
研究显示,蜜蜂的体重虽然只有约100毫克,尚不及一滴水重量的一半,但其短暂的一生能够酿造出达自身重量30倍的蜂蜜。
蜂蜜一直是甜美的代名词,被誉为天赐的礼物。
自古以来,国人对蜂蜜的营养和美味极为推崇,视其为养生祛病、健体强身的天然保健品。
此外,蜜蜂还能提供诸多健康长寿因子花粉、蜂胶、蜂蜡和蜂王浆等蜂产品。
③其实,蜜蜂酿蜜只是它为人类贡献的很小一部分,传粉才是它的丰功伟绩;因此,蜜蜂又被誉为月下老人农业之翼。
蜜蜂是自然界中植物生存、繁衍的媒介,是作物增产的重要保障。
④目前,地球上已知植物共有22万多种,除蒲公英等不多的植物靠自然风传送花粉外,有16万种靠昆虫传粉,其中依靠蜜蜂传粉的占85%。
粗略统计,在人类所利用的1330多种作物中,有1000多种需要蜜蜂来传授花粉。
⑤实践证明,利用蜜蜂传粉,可使作物增产普遍到达10%以上,其中,油菜增产15%20%,果树增产20%30%,部分果蔬产量甚至可以成倍增长。
同时,蜜蜂传粉能够显着减少化学药物的使用,有利于控制病虫害,降低生产成本,减少农药残留,有效提升农产品品质。
有数据显示,养蜂给农业带来的效益是其直接产值的100倍以上,其生态效益和社会效益都非常突出。
⑥蜜蜂还被称为生命使者环境哨兵。
它是植物赖以生存的因子、生态系统中不可或缺的。
常识判断三十六:中国的卫星发展的相关常识中国的卫星事业呈现出异常飞速的发展趋势,科技领先优势愈发明显。
整理出中国卫星事业发展的相关常识,供大家参阅。
1、“东方红”系列通讯卫星①东方红一号:我国首颗人造卫星,1970年4月24日发射升空,标志着我国进入航天时代,4月24日因此也被定位“中国航天日”。
②目前在轨6颗,是一系列地球静止轨道通讯卫星。
③“中星”系列和“鑫诺”系列也是通信卫星。
2、“风云”系列气象卫星1988年成功发射第一颗气象卫星“风云一号”,目前已经建成了包含极轨气象卫星和地球静止轨道卫星两种气象卫星的气象观测网络,使我国成为了继美俄两国后同时拥有两种气象卫星的国家。
3、“遥感”系列卫星遥感卫星是指利用遥感技术和遥感设备,对地表覆盖和自然现象进行观测的人造卫星,主要用于国土防灾减灾、城市规划等方面。
4、“北斗”导航卫星全球四大卫星导航系统,美国的GPS系统、俄罗斯的“格洛纳斯”系统、欧洲的“伽利略”系统、中国“北斗”系统。
5、其他科学实验卫星①悟空号:2015年发射,我国首颗暗物质探测卫星。
②墨子号:2016年发射,我国首颗量子科学实验卫星,墨子号量子卫星首席科学家是潘建伟。
③慧眼号:2017年发射,我国首颗硬X射线调制望远镜卫星。
④羲和号:2021年发射,我国首颗太阳探测科学技术试验卫星。
羲和是我国上古神话中的太阳女神和制定时历的女神。
⑤夸父一号:2022年发射,实现了我国天基太阳探测卫星的跨越式突破⑥张衡一号:2018年发射,我国首颗电磁监测试验卫星。
⑦太极一号:2019年发射,我国首颗空间引力波探测技术实验卫星。
⑧天琴一号:2022年3月,“天琴一号”卫星在轨运行期间获得全球重力场数据。
这是我国首次使用国产自主卫星测得的全球重力场数据,“天琴一号”使得我国成为世界上第三个有能力自主探测全球重力场的国家。
⑨怀柔一号:2020年,怀柔一号在中国西昌卫星发射中心用长征十一号运载火箭,以“一箭双星”方式发射成功,并进入预定轨道,“怀柔一号”全称叫引力波暴“高能电磁”“对应体”全天监测器卫星,将对引力波伽马暴、快速射电暴高能辐射,特殊伽马暴和磁星爆发等高能天体爆发现象进行全天监测,旨在破解黑洞、中子星等致密天体的形成和演化,以及双致密星并合之谜。
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天宫、蛟龙、天眼、悟空、墨子、大飞机等重大科技成果相继问世,其中“悟空”指的是()
A.洲际巡航导弹
B.高通量通信微信
C.暗物质粒子探测卫星
D.引力波探测卫星
参考答案:C
【解析】:“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。
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高考物理力学知识点之万有引力与航天基础测试题含答案(7)一、选择题1.如图所示,甲是我国暗物质粒子探测卫星“悟空”,运行轨道高度为500km,乙是地球同步卫星. 关于甲、乙两卫星的运动,下列说法中正确的是A .卫星乙的周期可能是20hB .卫星乙可能在泸州正上空C .卫星甲的周期大于卫星乙的周期D .卫星甲的角速度大于卫星乙的角速度2.由于地球自转和离心运动,地球并不是一个绝对的球形(图中虚线所示),而是赤道部分凸起、两极凹下的椭球形(图中实线所示),A 点为地表上地理纬度为θ的一点,在A 点有一静止在水平地面上的物体m ,设地球对物体的万有引力仍然可看做是质量全部集中于地心O 处的质点对物体的引力,地球质量为M ,地球自转周期为T ,地心O 到A 点距离为R ,关于水平地面对该物体支持力的说法正确的是( )A .支持力的方向沿OA 方向向上B .支持力的方向垂直于水平地面向上C .支持力的大小等于2GMmR D .支持力的大小等于222cos GMm m R R T πθ⎛⎫- ⎪⎝⎭3.2015年7月25日,我国发射的新一代北斗导航卫星,全部使用国产微处理器芯片(CPU ),圆了航天人的“中国芯”之梦,该卫星在圆形轨道运行速度v 满足( ) A .v <7.9 km/sB .7.9 km/s <v <11.2 km/sC .11.2 km/s <v <16.7 km/sD .v >16.7 km/s4.由于地球的自转,使得静止在地面的物体绕地轴做匀速圆周运动.对于这些做匀速圆周运动的物体,以下说法正确的是( )A.向心力指向地心B.速度等于第一宇宙速度C.加速度等于重力加速度D.周期与地球自转的周期相等5.2019年春节期间上映的国产科幻电影《流浪地球》,获得了口碑和票房双丰收。
影片中人类为了防止地球被膨胀后的太阳吞噬,利用巨型发动机使地球公转轨道的半径越来越大,逐渐飞离太阳系,在飞离太阳系的之前,下列说法正确的是()A.地球角速度越来越大B.地球线速度越来越大C.地球向心加速度越来越大D.地球公转周期越来越大6.中国志愿者王跃参与人类历史上第一次全过程模拟从地球往返火星的试验“火星-500.假设将来人类一艘飞船从火星返回地球时,经历如图所示的变轨过程,则下列说法不正确的是()A.飞船在轨道Ⅱ上运动时,在P点的速度大于在Q点的速度B.飞船在轨道Ⅰ上运动时,在P点的速度大于在轨道Ⅱ上运动时在P点的速度C.飞船在轨道Ⅰ上运动到P点时的加速度等于飞船在轨道Ⅱ上运动到P点时的加速度D.若轨道Ⅰ贴近火星表面,测出飞船在轨道Ⅰ上运动的周期,就可以推知火星的密度7.如图为人造地球卫星轨道的示意图,则卫星()A.在a轨道运行的周期为24 hB.在b轨道运行的速度始终不变C.在c轨道运行的速度大小始终不变D.在c轨道运行时受到的地球引力大小是变化的8.2017年4月,我国成功发射的天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室完成了首次交会对接,对接形成的组合体仍沿天宫二号原来的轨道(可视为圆轨道)运行.与天宫二号单独运行时相比,组合体运行的:()A.周期变大B.速率变大C.动能变大D.向心加速度变大9.2018年12月8日凌晨2点24分,中国长征三号乙运载火箭在西昌卫星发射中心起飞,把嫦娥四号探测器送入地月转移轨道,“嫦娥四号”经过地月转移轨道的P点时实施一次近月调控后进入环月圆形轨道I,再经过系列调控使之进人准备落月”的椭圆轨道Ⅱ,于2019年1月3日上午10点26分,最终实现人类首次月球背面软着陆.若绕月运行时只考虑月球引力作用,下列关于“嫦娥四号的说法正确的是A .“嫦娥四号”的发射速度必须大于11.2km/sB .沿轨道I 运行的速度大于月球的第一宇宙速度C .沿轨道I 运行至P 点的加速度小于沿轨道Ⅱ运行至P 点的加速度D .经过地月转移轨道的P 点时必须进行减速后才能进入环月圆形轨道I10.如图所示是北斗导航系统中部分卫星的轨道示意图,已知a 、b 、c 三颗卫星均做圆周运动,a 是地球同步卫星,则( )A .卫星a 的加速度大于b 的加速度B .卫星a 的角速度小于c 的角速度C .卫星a 的运行速度大于第一宇宙速度D .卫星b 的周期大于24 h11.已知月球半径为R ,飞船在距月球表面高度为R 的圆轨道上绕月飞行,周期为T 。
高考作文作文热点素材——“科技与人文”【最新高考模拟作文题】阅读下面的材料,根据要求写作。
中国航天飞船叫“神舟”华为的操作系统叫“鸿蒙”中国航天登月探测器名叫“嫦娥”暗物质粒子探测卫星名叫“悟空”量子科学实验卫星名为“墨子”太阳监测卫星计划叫“夸父计划”……中国的科技发展日新月异,以上这些科技成果的名字是否引起了你和同学们的兴趣呢?本周要开一个主题为“科技与人文”的班会,请你结合以上材料作一个主题演讲。
要求:自选角度,确定立意,自拟标题;不要套作,不得抄袭;不得泄露个人信息;不少于800字。
审题限制性1.真实情境的限制。
材料提供的六个词条都是我国近期取得的科技成果、正在开展的科研计划和它们极具中国传统文化气息的名字。
每个词条均包含两个信息:科技成果(科研计划)和人文命名。
这是材料提供的写作情境,考生必须以科技成果(科研计划)和它们的人文命名为思考基点确定立意,脱离两个信息中的任何一个即为偏题甚至跑题。
2.典型任务的限制。
试题要求考生以“科技和人文”为主题写一篇演讲稿。
“科技和人文”是一个关系型话题,考生须重点探究“科技”与“人文”的关系,比如人文精神助推科技发展,让科技发展更有温度;科技发展弘扬人文精神,传递人文气息;科技发展携带着人文气息才更能彰显中国特色,振奋国人精神等。
不能顾此失彼,只谈科技发展或人文精神中的任何一方。
3.价值判断的限制。
“中国的科技发展日新月异”是材料给考生提供的写作大语境,也是考生确定立意的价值认同前提。
考生必须站在歌颂祖国发展,尤其是科技发展的大背景下思考“科技与人文”的关系,不可否定科技发展。
思想要积极向上,不可站在偏颇的立场来解读“科技与人文”的关系,写“科技利刃蛮横开拓,人文药囊抚平创伤”之类的内容。
审题开放性1.立意角度是开放的。
考生可以侧重于人文精神对科技发展的助推作用,比如写中国厚重的传统文化能够助推科技发展;也可以侧重于中国科技发展能进一步弘扬人文精神,传播传统文化,比如写科技发展将祖先的梦想变成现实;还可以将两者结合起来,如科技能够沟通过去与未来,传递人文精神等。
暗物质粒子探测卫星——
“悟空”:火眼金睛如何炼成
本报记者佘惠敏
▲ “悟空”在酒泉卫星发射中心成功升空。
本报记者佘惠敏摄
◀暗物质粒子探测卫星示意图。
(资料图片)
承载着中国人空间科学梦想的暗物质粒子探测卫星“悟空”,17日已从酒泉卫星发射中心飞上太空。
它的火眼金睛,能否揭开笼罩在现代物理学天空的两朵“乌云”——暗物质和暗能量?且看《经济日报》记者采写的报道。
看不见的大多数
宇宙如此浩渺,星空如此璀璨。
当你仰望星空时,你发现了什么?
牛顿发现了万有引力定律,用它解释了太阳系天体的运动规律。
爱因斯坦得出了相对论,它可以描述时空的弯曲,也可以预示宇宙的膨胀。
根据万有引力定律,恒星的运动速度会随着与星系中心距离的变远而下降。
但天文学观测结果却是,星系边缘的恒星运动速度并未变慢,这意味着有看不见的物质影响了星系间的引力效应,它们被称作“暗物质”。
按照宇宙大爆炸理论,宇宙的膨胀速度会因为物质之间的引力作用而逐渐减慢,但天文学观测结果显示,宇宙在加速膨胀,这说明有一种与引力相反的斥力,在促使所有星系加速远离。
这种神秘的斥力来源,被称作“暗能量”。
“暗”字,表明它们看不见、测不到。
最新天文观测结果说,如果把宇宙看做一块大饼,暗物质占26.8%,暗能量占68.3%,而我们人类能看到或观测到的普通物质,包括普通重子物质、光子和中微子等,仅占4.9%。
暗物质和暗能量是笼罩在21世纪物理学上的两朵乌云,飞上太空的卫星“悟空”,就肩负着用它的火眼金睛拨云见日的伟任。
“一旦找到暗物质,将会带来继相对论和量子力学之后,物理学的又一次革命性突破。
”暗物质粒子探测卫星首席科学家、中科院紫金山天文台副台长常进说。
既不带电荷、也没有磁场的相互作用,暗物质像幽灵一样神秘而无法感知。
对大多数参与暗物质粒子探测卫星研制工作的科学家来说,它是素未谋面的朋友,最熟悉的陌生人。
暗物质粒子探测卫星工程卫星系统总师李华旺介绍,要找到这位神秘朋友,目前有三条路线:
“创造”法,靠标准模型粒子之间相互作用产生暗物质。
“创造”暗物质粒子需要能量,虽然暗物质粒子不能被直接观察到,但从丢失的能量和分布可推测暗物质的某些性质。
欧洲核子中心的大型强子对撞机LHC被认为可能“创造”出暗物质粒子。
直接探测法,探测暗物质粒子和普通原子核碰撞所产生的信号。
由于发生碰撞的概率很小,产生的信号也很微弱,为降低干扰,需要把探测器放置在很深的地下。
我国已在四川锦屏山地面以下2400米处建立了世界上最深的锦屏实验室,开展暗物质探测研究。
间接探测法,暗物质和暗物质相互作用,产生新的可见粒子,通过它来反推暗物质的存在。
暗物质卫星“悟空”就属于此种。
“悟空”不是唯一的,却是最棒的,它是世界上迄今为止观测能段范围最宽、能量分辨率最优的暗物质粒子探测卫星。
“4个月前日本发射的暗物质探测器,接收面积只是我们的1/4。
悟空1个月顶它4个月,上天后很快就会积累超过日本的数据。
”卫星系统副总设计师、中国科学技术大学教授安琪自豪地说。
超精密的小蛋糕
“悟空”是第一颗完全由中国科学院系统研制、生产的卫星。
从2011年立项至今,科学家们为了炼出它的火眼金睛,可谓殚精竭虑、妙想纷呈。
卫星的结构设计方案与过去用载荷来适应卫星平台、载荷只占卫星总重量几分之一的中国式卫星设计不同,采取了以载荷为中心的一体化结构设计,让“悟空”体积小、重量轻、本事大。
“悟空”只有一张办公桌大;体重不足两吨,1850公斤的质量中,载荷就达1410公斤,卫星平台才440公斤,用“小车”拉动了“重货”。
“悟空”的载荷主要是四大探测器,从顶部到底部依次为:塑闪阵列探测器、硅阵列探测器、BGO量能器、中子探测器。
它们一层层组装起来,就像一个昂贵而复杂的蛋糕。
如何区分一个粒子?你需要知道粒子的信息,用能量、质量、电荷、入射角度、径迹来描绘它的模样,四大探测器便为此而设,构成了悟空的火眼金睛。
塑闪阵列探测器主要由中科院兰州近代物理研究所研制,是一个扁平结构的探测器,主要测量入射宇宙线粒子的电荷。
塑闪的温度适应性结构设计,是整个暗物质探测器研制中攻破的关键技术之一。
塑闪分系统主任设计师刘杰说:“塑闪条很长,伸缩大,我们为适应太空环境,设计了一端可滑动的结构。
一端固定,一端放松,克服了形变带来的问题。
”卫星上天加速度巨大,震动剧烈,一般部件都要拧紧,放松滑动的结构是个全新挑战,怎么做到的?刘杰表示,这是个秘技,她才不会告诉你,但这个秘技毫无疑问可以用到未来我国其他航天器的设计中去。
硅阵列探测器主要由中科院高能物理研究所研制,主要功能是测量粒子入射的路径和轨迹。
该分系统主管设计师龚轲介绍:“我们的科研难点和重点,在于通道非常多,共73728路硅微条,每个条宽只有192微米,必须有这么密集的硅微条,才能保证很高的位置分辨率。
”这是我国第一次在航天器中如此大规模采用硅微条,它的功耗控制也超棒,才84瓦,相当于一台家用电风扇。
BGO量能器主要由中国科学技术大学和中科院紫金山天文台研制,它是卫星的核心部分,占整个卫星的一多半质量,功能是测量宇宙线粒子的能量。
BGO晶体的长度决定了探测器的能量分辨能力。
中科院上海硅酸盐研究所研发出长达60cm的BGO晶体供“悟空”选用,而其他国家的BGO晶体一般只能长到30cm。
308根世界最长的BGO“水晶棒”在量能器中纵横交错排列,让“悟空”的能量测量能力远超同侪。
“悟空的能量测量范围,是阿尔法磁谱仪2号的几十倍。
”该分系统副主任设计师封常青说。
中子探测器主要由中科院紫金山天文台研制,中子探测器主任设计师马涛介绍,它会测量宇宙线粒子与探测器上层物质相互作用产生的次级中子,让科学家进一步区分宇宙线的成分。
在地球上研究粒子物理,需要非常大的探测器,但卫星不能做那么大。
为此,四个探测器结构紧密,能省则省,让小块头也有大本事。
暗物质卫星有效载荷数据管理分系统主任设计师、中科院国家空间科学中心研究员朱岩介绍,整个探测器有42000路电子学读出电路,接近8万路探测器通道数。
如此复杂的探测器主体,却需要安装在约1立方米的狭小空间内,技术难度超过了我国目前所有的上天高能探测设备。
不确定的新发现
在国际同类探测器里,“悟空”处于什么水平?
“能量分辨率、观测能段范围都是世界第一,空间分辨率、本底抑制都达到国际最高水平。
”暗物质粒子探测卫星首席科学家常进对“悟空”的“神通”如数家珍。
现在,“悟空”正在高度约500公里的太阳同步轨道上快乐地飞行,它的主要科学目标有三个:暗物质粒子间接探测、宇宙射线起源和伽马射线天文。
它的火眼金睛,每天要观测约500万个高能粒子、传回16G数据。
按设计,“悟空”将在轨工作三年以上。
头两年采取巡天观测模式,对全天区进行扫描,探测暗物质存在方位。
两年后转入定向观测模式,观测前一阶段探测结果分析出的暗物质最可能出现区域,如果巡天模式下未探测到暗物质,则考虑定向观测国外研究显示最可能出现暗物质的银心区域。
在“悟空”巡天期间,有100余人的地面科学家团队对它传回的数据开展分析研究,首批科研成果可能会在半年至一年后公布。
宇宙空间是人类最后的实验室,宇宙射线最高能量比目前最大的加速器高1亿倍以上。
“悟空”所提出的观测对象和观测能区到目前为止都是国际上的第一次。
“人类的每个‘第一次’观测,都会有许多预见不到的科学发现,我们期望这次观测也能得到许多‘第一次’的发现。
”常进说。
如何确认“悟空”是否发现了暗物质?
紫金山天文台研究员马涛向记者介绍,暗物质粒子相互作用,正反物质发生湮灭,产生电信号,会在科学仪器中体现出来。
“不同电子的流量分布,正常情况下是平滑的衰减曲线。
如果曲线上出现小鼓包,就可能有暗物质。
我们怀疑,这鼓包会出现在‘悟空’可以探测的高能谱区。
”马涛说。
“‘悟空’开始工作后,我们能在太空中,在更长时间和更大范围里探测暗物质,有希望获得比较准确的、可以说服所有科学家的暗物质迹象。
”马涛说。
“‘悟空’为我们在空间打开一扇新的窗口,我不能肯定它会找到暗物质,但肯定会有新发现。
”常进表示,暗物质的基本物理性质还不清楚,但高能谱区电子有异常则可以肯定,“我们不确定这种异常是否来自暗物质,但只要弄清楚这个异常,就是很大的成果”。
事实上,不仅是高能电子能谱,“悟空”观测到的伽马射线谱线、伽马射线空间分布等都可用于研究暗物质。
金猴奋起千钧棒,玉宇澄清万里埃。
我们期待,携着水晶棒上天的“悟空”,能用它的火眼金睛,让暗物质由暗转明,让人类看见一个更清晰的宇宙。