问一个“悟空”卫星团队科学家

苏萌：谁知道这些突破有什么用呢，但总会有坐不住的那些人

人物＝P

苏萌＝S

P：天文学家已经证明，宇宙中的天体都是由一种物质形式维系在一起，这种物质不是构成我们银河系的那种物质，无法以肉眼观测，也不发光，称为“暗物质”，为什么说“悟空”探测卫星的发现为“看见”暗物质提供了可能？

S：问题的核心就在这儿。暗物质的“暗”有两层意思，一层是指肉眼不可见，另一层是我们不知道它是什么，但是我们知道它存在。所以“悟空”的任务是要打开一个新的能量窗口，去寻找暗物质粒子的可能信号。“悟空”是在前几个项目的基础上演化而来的，它原本的科学目标是去探测0.9TeV处的能谱拐折，这对于科学家区分低于1TeV的电子宇宙射线是来自暗物质还是来自天体现象具有关键意义。现在它不仅测到了这个拐折，还发现了一个疑似“鼓包”的新结构——电子宇宙射线能谱在1.4TeV处似乎存在一个“尖锐”结构。

P：这样的发现意味着什么？

S：在电子能谱上有一个“鼓包”意味着什么？意味着某一种源在这个能段上辐射正负电子。暗物质的湮灭，也就是互相的碰撞反应，就可以产生这种正负电子。往往这些正负电子产生以后，会随着时间而丢失能量，我们在这个能段上看到了尖锐的“鼓包”，意味着离电子产生的地方很邻近，这些电子非常非常年轻，大约只有1000岁左右。暗物质粒子不像其他粒子撞了就有反应，绝大多数时候它都是撞了就跑了，极少数会出现撞了那咱们就湮灭吧，这是由物理规律决定的。就像日常生活一样，路过一家餐厅，进不进去吃饭是有选择的，这些粒子有很大很大的概率倾向于不进餐厅吃饭，是极其孤独的粒子。

P：“悟空”探测到暗物质的可能性有多大？

S：我们不能百分之百确定。现在这个谱线上的“鼓包”的置信度还没有那么高，我们现在可以说是暗物质的概率在99.9%，但它还有千分之一的可能不是。这种不可能在科学上一般要达到十万分之一以下的概率，才可以认为它是一个比较确定的发现。我们还需要更多的时间去积累数据，也许明年这个时候数据量翻倍以后，非常有可能把这个信号确定下来。另一方面即便统计上确认了这个鼓包，我们只能说看到一个天体物理很难解释，需要引入一个全新的粒子，这个粒子属性或者说特征跟人们期待的暗物质粒子非常像，如果它是暗物质粒子也是很自然的一个事情，因为我们知道暗物质粒子在宇宙中大量存在，而我们又看到在宇宙中有这么一个新的信号，就很自然地可以把这两个概念联系起来。暗物质探测中有直接探测的方法，比如在我国四川锦屏山地底下的探测项目，就是等待极其孤独的粒子中开窍的那一部分穿过，但是很难。这不是因为暗物质粒子不够多，而是不反应，它是一种惰性的存在。而天上的探测信号会更强，只是存在天体物理的干扰。“悟空”发现的如果不是暗物质粒子，你又得想出新的理论解释它。正如中国科学院白春礼院长最后总结时说的，那有可能是更大的发现，意味着比人们想象的更奇怪，比科学期待的更有趣，你的发现已经超过理论的想象力了。

P：“悟空”卫星每天是如何运作的？

S：它以90分钟一圈的速度围绕着地球转，一直朝向背离地球的那一面，等着宇宙射线从它探测的视野里面进来跟它发生相互作用，一秒钟会看到几十个宇宙射线。然后它把这些信号探测好以后记录并保存起来，每次过境的时候将数据包传回喀什、怀柔和三亚的接收站，并汇总到中国科学院空间科学中心的怀柔观测站，将数据进行初步处理。最后传送到紫金山天文台，把下传的数据再解密，重新把它按照我们需要的数据格式编排，进行分析。每天大概有20G左右的数据接收到，分析产生的数据量要多得多。

P：“悟空”卫星设计寿命为3年，自2015年12月17日发射成功至今已使用近2年，它目前状况如何？下一颗卫星的设计会在哪些方面作改进？

S：现在因为“悟空”的工程指标非常良好，跟两年前几乎差不多，所以我们预期它至少可以在轨工作5年以上，也就是说还能有3年时间。到5年结束的时候，“悟空”的主要科学结果也积累得差不多了，我们再基于“悟空”的结果去判断。“悟空”原则上就是去打开新的能段看一眼，这个能段没有人打开过。看一眼之后，没有就没有了，有的话提供更多的信息和证据。做更仔细的观察，那可能需要下一代的设备了。

P：了解暗物质的本质对你、对人类来说意味着什么？

S：从我个人来讲，源自对这个世界本源的好奇心。就因为好奇和探索，人们才会反复地去拓展自己的疆界。人类进步一个不可避免的模式是，A不探索、B不探索，C也会去探索的，总会有那些坐不住的人。那他探索以后满足了他的好奇心，会有一些突破，这些突破谁知道有什么用呢，探索的人并不真正关心有什么用，而且很有可能没法立刻回答有什么实际意义，反正他就发发文章啊，随便告诉大家，“反正我发现了，你们没发现，看我多厉害”。总会有这样的人出现，就像极限运动一样，我非要跳得最高，然后有另一些人听说了，那就要有新的突破。宇宙运行遵循的规律跟人的存在本身是无关的。费曼说过，上帝在这儿下国际象棋，我们是象棋里面的一个棋子，事先并不知道下棋的规则，但我们这个棋子呢，可以通过阅读周围棋子以及自己运动的方式去洞察上帝下国际象棋的规则，规则虽然永远不能改变，但我们竟然有能力和意愿去了解规则，本身就是一件无比神奇的事。基础科学发现本身从某种意义上讲意味着自然被我们“征服”，这个“征服”的本身又会反哺到我们的生活状态。就像有了对热力学的理解就有了蒸汽机，有了工业革命；一百年前困扰物理学的“两朵乌云”带来了量子力学和相对论，完全颠覆了当时人类对未来的想象。今天的我们并不比前人更聪明，我相信五十年、一百年后，暗物质的研究会对我们的生活有革命性影响。

P：你是科学家，如果你能拥有一种超能力，你希望是什么？

S：穿越吧。我希望有一种方式看到暗物质粒子，比如说我穿越到100年之后，我就知道这个暗物质到底对人们生活有什么影响。是的，我们非常渴望知道答案，我想我有两种最基本的欲望，一种欲望是知道答案，一种欲望是知道答案的这个探索过程跟我有关，就是我能为它做点什么。许多科学家，他们去试错、探索之后，所有他的这些信仰和期待可能全部都没有实现，甚至是背道而驰。但是这些人依然是茫茫历史长河中实现科学探索事业本身的一个缩影。99%的人可能这辈子都没有听说过或者看到暗物质最后是什么样子，但是他按照科学家的方式和宿命过完了这一生。