揭秘暗物质卫星“悟空”背后的“师傅”

　　新华社南京12月17日电 题：“悟空”的“师傅”

　　新华社记者蔡玉高、蒋芳、王珏玢

　　中科院紫金山天文台办公楼三楼拐角，有一个挂着“DAMPE”标签的房间。这个不起眼的房间，正是我国暗物质粒子探测卫星“悟空”在地面的数据处理中枢——暗物质与空间天文实验室。“悟空”捕捉的每一点信息，都传回这里校准、分析。

　　忙碌在这个实验室中的科学家，都是“悟空”的“师傅”。

　　“师傅”常进：我是“科研工头”

　　《西游记》中美猴王的师傅是高僧玄奘，而遨游在太空中的“悟空”，“师傅”是紫金山天文台副台长、暗物质粒子探测卫星首席科学家常进。

　　暗物质卫星上天，是对常进20多年来致力于宇宙高能电子、伽马射线探测技术研究的最好回报。

　　1999年，常进首次提出探测器可靠区分质子、电子的新技术。这一技术后来被应用于包括美国南极长周期气球探测实验、暗物质粒子探测卫星等多个国际探测项目。

　　基于几次南极实验的数据，常进率领的研究团队于2008年在国际权威学术刊物《自然》上发表文章，介绍了有关宇宙高能电子异常的发现。这一发现被美国物理协会和欧洲物理协会评为当年世界物理学领域的重大研究进展，引发新一轮国际探索暗物质热潮。

　　这一成果也促成暗物质粒子探测卫星在2011年正式立项。

　　“我就是个‘工头’，领着一帮搞科研的踏踏实实往前干。”常进说，“我更希望自己是个‘常大锤’，碰到难题砸得下去、遇到责任顶得起来。”

　　“秘书”郭建华：给探测器“体检”

　　“悟空”上天后，暗物质卫星有效载荷副总设计师郭建华立即转做“体检师”，每天监测“悟空”在天上的“冷暖”与健康，给“悟空”安排日程。

　　怎么保证探测器状态正常？郭建华说，监测卫星姿态很重要，保持卫星太阳帆板始终对准太阳，才能维持能源供给和探测器温度稳定。

　　每天清晨和傍晚，“悟空”路过中国，位于密云、喀什、三亚的三个数据接收点就启动程序，接收“悟空”每天回传的约13G数据。这些数据经过简单处理，全部传回南京的暗物质实验室进行系统分析，这其中，就包含有郭建华监控的卫星姿态信息和探测器状态信息。

　　“探测器建造过程中，我们还进行过环境模拟实验。拿当时地面测到的电流、电压等与现在轨道中传回的数据比较，结果互相吻合，也能帮我们判断探测器工作状态正常。”郭建华说。

　　除了每天为探测器“体检”，郭建华的工作还包括参与安排“悟空”在天上的工作计划。

　　“‘悟空’在太空中精神抖擞，其实它的每一个动作，背后都有科学家周密的安排。”郭建华说，科研团队要提前制定“悟空”的工作计划，每周分两次由位于西安的测控中心传送给卫星上的计算机。这样，“美猴王”才能在天上指哪儿看哪儿、火眼金睛。

　　“翻译”伍健：7万个信号还原1个轨迹

　　从“悟空”在天捕捉到原始数据、到理论学者分析形成重大发现，中间关键的一环，是要将“太空密码”翻译成能被科学家运用的高级物理信息。

　　担任“首席翻译官”的，是暗物质卫星科学应用系统总设计师伍健。

　　伍健解释，翻译数据的过程主要可划分为两步，第一步称为标定。标定要把二进制电子信号统一转换成能量。简单来讲，能量是一种更为“通用”的科学语言，有了它，科研人员就能继续进行下一步数据分析。

　　掌握了入射离子的能量数据，第二步才是对“翻译”最大的挑战：数据重建。“有了能量信息不代表获知了粒子的真实情况，难题才刚刚开始。”伍健说，数据重建可以用两个词来形容：“大海捞针”“盲人摸象”。“悟空”每天传送回500万个粒子信息，其中只有0.1%是有用的电子，目标光子的数量还要更少。研究人员准确分析目标粒子，首先要剔除99%以上的质子等本底信息。

　　此外，粒子与能量信号并非一一对应。入射的粒子由于发生簇射反映，可能在探测器里留下几百、乃至几千路信号。要把这成百上千路信号综合在一起，才能大致还原出目标粒子的电荷、运动方向等基本信息。

　　“粒子特征不一样，适用的方法也不一样。为提高准确率，科研人员一直在不断修正标定和重建的模板，到现在总共修改了4600多次。最复杂的一次，我们汇总了7万多路信号才还原出1个粒子信息。”伍健说。

　　“经纪人”范一中：“悟空”的“铁杆粉”

　　暗物质卫星科学应用系统副总师范一中，领导着科学理论团队。每天，他紧盯同事们“翻译”出的高级物理信息，不放过一丝一毫暗物质幽灵可能留下的痕迹。

　　尽管是“悟空师傅团”的一员，但范一中却自称是这只太空“猴子”的“铁杆粉”。

　　“2010年，‘悟空’团队联系到还在国外工作的我，希望我能回国参与到中国暗物质卫星的项目，我没有犹豫立刻答应下来。”范一中说，“悟空”凝聚了整个研制团队的心血，看着它表现越来越好，科研人员都很兴奋，“卫星上天、回传数据的每个重要节点，都是我们科研人员的大日子！”

　　目前，范一中等科学分析专家，正在应用系统提供的入射粒子方向、能量等信息，紧锣密鼓地绘制高能电子和伽马射线能谱。

　　“越是‘奇怪’‘少见’的粒子和能谱结构，越是我们紧盯的目标。天上的‘悟空’火眼金睛，地上的科研人员也睁大了眼睛，争取早日有所发现！”范一中说。