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科学家为“悟空”调制精准的“尺子”
2016-01-20 09:41
作者:
来源: 特写中国
“悟空”升空约一个月后,已采集了一亿多个高能粒子,科学家们正在加紧为“悟空”调制出测量宇宙高能粒子的精确“尺子”。

暗物质卫星科学应用系统总设计师伍健在介绍“悟空”传回的高能粒子数据。喻菲 摄 中国特稿社

在中国科学卫星系列首发星——暗物质粒子探测卫星“悟空”升空约一个月后,科学家们正在加紧为“悟空”调制出测量宇宙高能粒子的精确“尺子”。

2015年12月17日在酒泉卫星发射中心由长征二号丁运载火箭送入太空的“悟空”,是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。入轨一周后,“悟空”就睁开了它的“火眼金睛”,正式开始寻觅宇宙“幽灵”暗物质以及宇宙射线的科学探测工作。

暗物质卫星首席科学家、中科院紫金山天文台副台长常进说,卫星已经采集了一亿多个高能粒子。目前卫星科学应用系统团队正加紧开展标定工作,他将标定比喻成打造一把精确的尺子。

他介绍,“悟空”每天收集包含质子、电子、阿尔法粒子、宇宙射线核素、伽马射线等在内的四五百万个高能粒子,其中高能电子与伽马射线是科学家重点要寻找的。“如果探测器标定的好,科学家需要的信号自然就会从数据中冒出来。”

“现在载荷看起来很完美,但是这还不够。探测器包含76000个小探测器,每一个究竟情况怎么样,需要去标定它,每一个刻度都要准确。这是很细致的工作,急不得。如果有小毛病,一定要及早挑出。否则,一年后数据量非常大,这些数据全部处理一遍,可能需要几个星期,甚至更长时间。”常进说。

暗物质卫星高级数据产品处理分系统主任设计师藏京京在介绍分析“悟空”数据的高性能计算机。喻菲 摄 中国特稿社

暗物质卫星高级数据产品处理分系统主任设计师藏京京说,卫星数据分析使用的高性能计算平台包含128个CPU,每个CPU有10个核。其处理半个月的数据,如果用普通电脑则需几十年。

“科学家要做的事情就是为探测器做精细的刻度,给出误差尽可能小的计算结果。通过标定,把探测器设置成最佳状态,知道它的最佳运行模式。标定好,就可以收集更多有效数据,排除‘噪音’。比如现在花一个多月来做标定,以后可以节省一倍乃至数倍的时间获得有效数据。”藏京京说。

暗物质卫星科学应用系统总设计师伍健说,即便现在“尺子”已非常精准,后面也还要不断标定,因为探测器在太空中经过宇宙线不断轰击后,性能会发生变化。“像美国费米卫星的软件已经做到第八个版本了,我们现在还在做第一个版本。”

专家介绍,目前“悟空”每天传回约20G数据,很快将生成庞大的科学数据。随着数据量的增加,还需要具有更强的计算和存储能力,提高数据访问速度。

2015年12月17日,搭载暗物质粒子探测卫星的长征二号丁运载火箭升空。金立旺 摄 新华社/中国特稿社

在三年的设计寿命中,“悟空”将通过高空间分辨、宽能谱段观测高能电子和伽马射线寻找和研究暗物质粒子,同时将在宇宙射线起源和伽马射线天文学方面取得重大进展。首批科学成果有望在卫星发射六个月至一年后发布。

暗物质被比作“笼罩在21世纪物理学天空中的乌云”,它由万有引力定律证实存在,却从未被直接观测到。科学家估算,宇宙中包含5%的普通物质,它们组成了包括地球在内的星系、恒星、行星等发光和反光物质,其余95%是看不见的暗物质和暗能量。

每秒钟都有无数暗物质穿透人体,但科学家们既不知道暗物质长什么样、有多重,也不知道它具有怎样的物理性质。揭开暗物质之谜将是继日心说、万有引力定律、相对论及量子力学之后的又一次重大科学突破,从而推动解释宇宙为什么会是这样以及未来将怎样演化。

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国家天文台副研究员,胸怀宇宙的理想主义者和科学梦想家
独立影评人,新华社对外部主任编辑,著有影评集《未被驯服的梦境》,坚持从文化和哲学视角解读电影
著名科学作家,新华社对外部高级记者
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文章来源: 特写中国 https://www.chinafeatures.com.cn