嘿，“悟空”又去捉妖了，你知道吗？

原本以为“悟空”陪师傅取完真经，回花果山自在去了，没想到他原来被派到天上“捉妖”去了。...

撰文：孙莹

责编：寒凌旭

审校：尹倩青

2015年12月17日8时12分，酒泉卫星发射中心，暗物质粒子探测卫星“悟空”在长征二号丁运载火箭的传送下，成功抵达500公里高的太阳同步轨道，开始了为期3年的“捉妖”之旅。听师傅说，“悟空”此次捉妖之行任重而道远。他要去抓的“大妖”是只闻其名、未见其身的“暗物质”。和普通物质不同的是，暗物质并不参与电磁相互作用。这意味着它既不吸收，也不反射或发射光，所以暗物质极难被探测到。那么科学家们是如何推断出暗物质的存在的呢？幸运的是，暗物质会对可见物质施加引力作用。上世纪70年代，美国女天文学家薇拉·鲁宾观测星系旋转速度时，发现星系外侧的旋转速度较预期要快得多，仅仅依靠可见物质是无法做到这一点的，必然有大量无法观测到的物质提供额外的引力，我们称这些“看不见的物质”为“暗物质”。

现在我们知道，在整个宇宙的构成中，普通物质占4.9%，而暗物质则占26.8%，另外还有68.3%是暗能量；暗物质在宇宙演化过程中扮演了极为重要的角色。然而，尽管我们知道暗物质的存在，却没有人见过它的“真身”。它能像幽灵一样穿过障碍物，且不被我们看到或感知到。

此时，便需要“悟空”的火眼金睛让“暗物质”原形毕露。“悟空”的火眼金睛有——塑闪阵列探测器、硅径迹探测器、BGO量能器和中子探测器四个子载荷，它们能探测高能粒子的能量、方向和电荷，并具备鉴别粒子种类的本领，这些都是能否顺利“捉妖”的神器。

妖怪也会互相结盟（湮灭），也有生老病死（衰变）。湮灭或衰变过程中，会发出高能的伽马射线，或者产生出高能的正反粒子对，这些都能被直接的探测到。但这些信号并不能很好的穿透地球的大气层，所以我们只好派“悟空”到天上去，通过探测太空中的高能粒子和伽马射线，以找寻“妖怪”的踪迹。

其实，暗物质这“大妖”已经困扰我们很多年了。为了看清它的真面目，除了“悟空”，还可以通过其他办法。

第一种是模拟宇宙大爆炸。利用大型强子对撞机，把粒子加速进行碰撞。根据爱因斯坦的质能方程E=mc2，一定条件下，质量和能量可以相互转化。则粒子碰撞的能量就会转化成各种各样的粒子，而被仪器检测到。但暗物质粒子是隐形的，仪器根本检测不到。通过最终质量或能量的不守恒，便为暗物质粒子的存在提供了直接的证据。

第二种是通过探测暗物质粒子与普通粒子碰撞发出的信号。虽然暗物质粒子隐身能力强，但它几乎无处不在。每秒钟可能有上亿个暗物质粒子穿过你的眼睛哦，只是我们感知不到罢了。不过既然是粒子，肯定会与其他物质碰撞并发出信号。虽然概率小，信号弱，但只要想得到，没有做不到。为了排除宇宙射线的干扰，科学家们便在地下挖一个大坑，把精密仪器放在坑底进行探测，同时也为了排除宇宙射线的干扰。比如美国的DUSE和加拿大的SNOLAB等地下实验室；我们国家在四川锦屏山也建设了世界最深的地下实验室。

尽管尚未捉到暗物质这只大妖，但功夫不负有心人。在上天将近一年的时候，“悟空”捉到了一只“小妖”——CTA 102。

这只名为CTA 102的“妖怪”早在1963年就被发现了。其黑洞质量约为太阳的8.5亿倍，与太阳系距离约为80亿光年。有趣的是，CTA 102第一次在无线电波段被发现时，人们一度认为这是外星文明发出的信号。甚至后来看到变化的无线电信号时，还有人认为是高级智慧文明在作祟。但进一步的观测发现，它其实是一个活跃的黑洞，在吸积物质的时候形成巨大的喷流，产生相对论性粒子并辐射出从无线电直至伽马射线波段的电磁波。

其实，像CTA 102这样的超大质量黑洞在宇宙中并不少见。它们的质量往往是太阳的数十万倍，甚至数百亿倍。现在一般认为，几乎所有大质量星系中心都存在至少一个超大质量黑洞，就连我们身处的银河系也有。关于它们的形成原因依然众说纷纭，可能来自宇宙大爆炸时的原初黑洞，也可能是由大质量恒星死亡后演化而来。

在这些具有超大质量黑洞的星系中，还存在大约不到10%的特殊星系——活动星系。而这些星系明亮的核心部分即活动星系核，其中的超大质量黑洞肆无忌惮地“吞噬”周围的物质，这些物质聚集形成吸积盘，同时可能产生强有力的喷流，CTA 102就是这样一只“妖怪”。

此次上天“捉妖”的“悟空”，不仅是我国第一个被派去“捉取大妖”的天文卫星，其能力也不容小觑——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，其观测能段是“国际空间站”上的α磁谱仪2号（AMS 02）的10倍，能量分辨率比国际同类探测器高3倍以上。而他的“捉妖”成果，将可能带来基础科学领域的重大突破，对于推动空间科学卫星系列可持续发展，促进我国在空间科学领域的创新发展具有重大意义。

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