科學也可以如此靠近

星光丨翱翔長空問蒼天--訪暗物質粒子探測衛星首席科學家常進研究員

9月
23
2018

2018年9月23日19時 今日科學 中國江蘇網

中國江蘇網

交匯點訊 500公里外的太陽同步軌道上,來自中國的「悟空」在浩渺的太空中遨遊。每天,它以繞地球15圈的速度行進60萬公里,自發射至今,「悟空」的「火眼金睛」已經探查47億個宇宙高能粒子,努力為人類撥開暗物質的迷霧。

近日,科技周刊報導團隊為「悟空」的「師父」,紫金山天文台副台長、暗物質衛星首席科學家常進研究員送上科技顧問聘書。從幾近荒漠的研究領域走出,到帶領「悟空」翱翔宇宙,常進用20年的腳踏實地,讓「悟空」問天。

那時候國家窮

他靠別人的氣球「仰望星空」

常進是江蘇泰興的一位普通農家子弟,1992年從中國科大近代物理系畢業後,工作分配到位於南京的中科院紫金山天文台空間天文實驗室。去了以後,常進特別吃驚,我國當時的空間天文幾乎是一片荒漠。「就好像到汽車廠工作,卻發現這個廠一輛汽車都沒造出來。」他知道,紫台曾經負責研製一個天文衛星,但那時科研經費不足,後來只能忍痛下馬。他能做的,是整天到圖書館,將當時國際上所有的高能天文衛星的資料都認真地讀了一遍。

「我趕上了好時候。」常進參加工作後,國家開始加大對航天的投入,1995年開始,常進開始研究高能電子和伽瑪射線探測,這在國際上也是剛剛起步,他在實驗室里埋頭幹了3年,卻發現自己進步也不大,看來,「閉門造車」行不通!1998年,常進如願以償被派往德國學習,在德國,取得了觀測方法的突破他發現,採用高能量分辨的薄探測器也能探測高能電子,巧的是,當時美國人有個名為「ATIC」(先進薄電離量能器)的氣球探空項目,把氣球放到南極高空後觀測宇宙射線。

「這個探測器只觀測宇宙線?太浪費了!」常進仔細研究後,認為可以觀測高能電子和伽馬射線。但是,美國科學家認為這個想法太瘋狂。為了說服他們,常進直奔美國,美方要求常進在計算機上算出探測器各種參數。那時,他沒有筆記本電腦,只能從零開始,將自己所有的想法編成程序,把各種參數計算出來,再進行核對。幾乎36個小時沒合眼,他終於通過加速器,讓美國人認可了自己的方法,並同意將南極氣球實驗的數據交給他作電子分析。

「搞科研,有時還需要點運氣。」常進回憶當時的驚險說,那麼大量的數據、程序,弄錯一點點,就別想上氣球了。2000年底到2001年初,差不多足球場那麼大的氣球在南極升空,在離地面37公里的高空,完成了人類對高能電子和伽馬射線的首次成功觀測。常進的方法,得到了該項目最有價值的發現,以常進作為第一作者的論文《宇宙電子在3000-8000億電子伏特能量區間發現「超」》發表在《自然》上,猶如一顆石子投入平靜的湖面,盪起了空間觀測暗物質的波瀾,論文發表第一年即被引用400多次。

「氣球試驗是我進入這個領域最關鍵的一步。」常進告訴記者,氣球實驗發現了宇宙射線中高能電子的異常,但這還不能排除其他天體和大氣的干擾。「要想看得更清楚,弄清楚這些電子的來源,必須到太空去探測。」

沒有浪漫、沒有想像

他的世界「全憑數據」說話

「常老師最大的特點是嚴謹」,同事介紹說,「就是出差回南京,再晚了,他也是先到台里看衛星數據、檢查工作」。

實際上,從南極發現的數據存在「異常」,到2008年發出論文,常進經歷了7年對龐雜數據無休無止的分析。

在「悟空」立項之前的約十年時間裡,常進參與了載人航天、嫦娥工程,了解造衛星、干航天的基本知識,他還做了一顆小型的暗物質粒子探測器,搭載在實踐衛星上,完成了很多技術的檢驗。「如果沒有這十年,我們不可能只用四年將『悟空』送上天。」

2015年12月17日「悟空」發射成功時,大家都歡欣鼓舞、甚至有人喜極而泣,只有常進異常平靜,作為項目的首席科學家,他想的是:衛星研製再成功,如果不出科研成果,這還是一顆失敗的衛星。他不能忘記父親臨終前的叮嚀:「國家拿10個億給你放衛星,你要搞砸了,不是咱泰興幾萬農民一年都白幹了?你不能浪費國家的錢啊!」他無法向父親解釋科學探測的不確定性,他只能如履薄冰的日復一日去做好每一件事、精確處理每一個細節、排除每一種想得到的可能……幾個月後,當他在火車上第一次看到自己的團隊根據衛星探測數據繪製出伽馬射線天圖時,他的眼淚再也控制不住,因為這張圖表明探測器是成功的,沒有辜負那麼多人的心血。

又一次流淚,是在一個國際會議上,他看到日本人CALET探測器的研究結果後,「他們發射比悟空早4個月,成果卻比我們小。那時我就知道,中國人還去日本買馬桶蓋,但是不會有人到日本買暗物質探測器了。」

基礎科研,只有第一,沒有第二。「悟空在天上過一天採集的數據,相當於他們(日本)過十五天採集的數據。」「悟空」配備了目前世界上最強的高能粒子捕獲設備:有世界上最長的BGO

(鍺酸鉍)晶體為核心製成的BGO量能器,為「悟空」獲得世界上最純凈的數據奠定了基礎;有解析度很高的塑閃探測器和矽陣列探測器,以及中子探測器。「悟空」探測器的能量觀測動態範圍可達100萬倍——這相當於同時看清一個有著姚明身高的人,以及他身體上的每一個血液細胞。

國際上,已經在暗物質探測方面耗資數百億美元。「悟空」團隊在外界看來,也有很多神秘的色彩,當記者好奇地詢問「時空隧道」之類的概念,常進卻潑了一盆冷水,他認為沒有數據證實的東西,只能稱之為「幻想」,「違背自然規律的奇思妙想,我們不能有,一切要按照規律行事,一切要靠數據說話,大膽猜想的事情留給別人干吧!」

一個人本事再大,作用也有限的

「我遇上了好時候,擁有個好團隊」

經過近兩年的數據積累,悟空的第一批科學成果——對高能電子能譜的精確測量結果已在《自然》發表,發現能譜在1.4萬億電子伏特處有奇異的尖峰,這可能是近來年科學家離暗物質最近的一次發現。但常進謹慎地表示,「目前,仍是積累數據階段,不要做太多預設。」

常進本人,獲得了很多榮譽:作為第一作者,與國際同行合作獲得的宇宙高能電子觀測結果,被美國物理協會和歐洲物理協會分別評選為2008年度世界物理學領域重大研究進展;獲得全國創新爭先獎,國家科技進步二等獎,特等獎(單位);獲得江蘇省科技進步一等獎、二等獎,入選全國「百千萬人才工程」和江蘇省「333跨世紀人才工程」。但在採訪中,常進經常會強調,一個人本事再大,作用也有限的。「像愛因斯坦那個時代,靠一個人去解決一個科學大問題,如今已經很難了。只能說我趕上了好時候,我擁有一個好團隊。」

常進經常用老鷹捉小雞的遊戲鼓勵暗物質團隊,「所有人的行動、思想、意志都和核心聚集在一起,這樣就不是老鷹捉小雞,而是神雞戲老鷹。」

「衛星的成功不是我個人的功勞」。常進說:「這不是客套話,空間科學項目非常複雜,牽涉多門學科、幾十家單位、數百個人。其中葉培建院士、黃江川總師給我很多指導,中科院最早意識到暗物質探測的意義,把這個充滿不確定性的項目交給我這個無名小卒去擔綱。」常進介紹:衛星的4個探測器,也是由不同單位、不同專家、甚至中外聯合研製的。一批「最強大腦」的智慧和艱辛成就了「悟空」。

暗物質和暗能量被視為現代物理學和天文學的「兩朵烏雲」,撥雲見日,必將給人類帶來一場劃時代的變革。

每分每秒,都有無數的暗物質粒子,幽靈一樣穿越我們的身體,但我們卻感覺不到,根據科學家研究,宇宙中約分布著68%的暗能量和27%暗物質。而我們所看得見、摸得著的普通物質僅占5%,就如同深沉夜幕中幾顆閃光的星星。常進說,暗物質本身不可見,但暗物質湮滅或者衰變了的時候,就會產生看得見的粒子,「暗物質的性質作用我們現在無從得知,但是現在,尋找暗物質的工作每天都在影響著我和我的團隊成員。」茫茫太空,像是一片未知的狂野,還等待著「悟空」的火眼去發現。

交匯點記者 楊頻萍 吳紅梅張宣


延伸閱讀

不到15年,全球人口突破百億!那時的地球會不會走

人體生物鐘按鈕已找到,將生物鐘往回撥,可將你從8

幾天前,人類成功的完成了一次防禦小行星撞擊的合作

宇宙從哪裡來,將要到哪裡去?中國「天眼」出手 找

中國罕見全程公開了一頂級大科學裝置,正式進入到全


熱門內容

友善連結