“搭便车”的历史偶遇
暗物质卫星“悟空”首席科学家常进的20年求索
2017年12月04日 07:48:49  来源: 新华每日电讯7版 【字号 】【留言】【打印】【关闭

  ▲在中科院紫金山天文台的暗物质粒子探测卫星首席科学家常进在介绍卫星情况(2017年11月3日摄)。

            新华社记者李响摄

  新华社记者陈芳、蒋芳、董瑞丰

  2017年11月30日,《自然》发表了悟空的首批重要成果。“沙漠”之外的“风光旖旎”,被中国人掀开一角。中科院院长白春礼说,中国科学家已经从自然科学前沿重大发现和理论的学习者、继承者、围观者,逐渐走到舞台中央。

“搭便车”迈出第一步

  如今在网络上搜索常进的名字,暗物质是排第一的关联词。其实,二者相遇颇为巧合。

  从中国科大近代物理系毕业后,常进在位于南京市的紫金山天文台研究了20多年的宇宙高能电子、高能伽马射线。然而,高能粒子并不像名字听起来那样“高能”,因流量太弱唯有高性能探测器才有机会观测它们。

  20年前,我国在该领域的研究几近荒漠。常进想要走出“沙漠”,似乎只有“搭便车”一条路。

  1997年,美国宇航局在南极开展了一个名为“ATIC”(先进薄电离量能器)的气球探空项目,用来观测宇宙线。远在中国的常进研究发现,“ATIC”只观测宇宙线?太浪费了!

  “我直接给项目首席发邮件提建议。一开始美国人看不起我,我就用了一年多反复验算、证明,说服他们。运气很好,气球放上天就发现了高能段的流量‘超出’。”如今说起这段往事,常进有些轻描淡写。

  常进的师弟,也是“悟空”的科学应用系统总设计师伍健却至今还会感慨:“很多人说他运气好,一下就找到了捷径。但很少有人去想,一个中国普通研究员,不出一分钱的探测器,如何打动了一个国外主导的项目。”

  2000年底,重达两吨的ATIC观测设备在南极升空,并在离地面37公里的高空完成了人类对高能电子的首次成功观测。依靠常进的建议,得到了该项目最有价值的发现:“超”——高能电子流量在3000-8000亿电子伏特能量区间超出理论模型的预计流量。

  2008年11月20日,以常进作为第一作者的论文《宇宙电子在3000-8000亿电子伏特能量区间发现“超”》发表在《自然》上。这是科学家第一次发现宇宙高能电子异常,使得人们认识到探测高能电子意义重大。

  “气球试验是我进入这个领域最关键的一步。”常进表示,虽然与空间卫星相比,气球试验观测结果精度不是很高,本底也很大,但关键的是找到了一种观测高能电子和伽马射线的简单方法,不需要特别昂贵的探测器,国内也可以干。

“天上不会掉馅饼”

  在“悟空”首批成果发布会上,媒体记者追问:“常首席,悟空的这些成果分别发现于什么时间?能捋一捋时间线吗?”常进踌躇了一会儿说:“就是没日没夜地干,真记不清了。”

  中国科学院空间科学与应用研究中心主任吴季却还记得,12年前,在一台DOS系统的电脑屏幕前,年轻的常进向他展示“超出”图像时激动的表情。“他跟我说,如果我能做一个更大的探测器放在空间,一定能发现了不起的风景。”

  在紫金山天文台暗物质卫星实验室,暗物质卫星的图文张贴在过道的墙上,常进每天上班下班都要看上几遍。“撸起袖子加油干,天上不会掉馅饼。”常进说,这句话就是他的座右铭。

  ——从南极发现的数据存在“异常”,到2008年发出论文,常进经历了7年无休无止的数据分析。

  ATIC是一个气球试验,相比现在的空间设备,太简单了,加上原初的科学目标根本不是电子,用来观测高能电子存在许多问题,困难很大。“那些未解之谜整天在脑子里抓着、挠着,他根本就不休息。”常进的夫人是脑科医生,一度发现自己的丈夫神情恍惚,嘴里总在嘀咕,突然之间说有了一个新的“idea”,然后马上跑到实验室编一个程序来演算。

  ——从找到暗物质探测的“钥匙”,到2015年底“悟空”发射成功,又是10年百折不挠的技术攻关。

  悟空团队骨干郭建华说还记得为卫星奔波的几年,常进带领大家不断攻关创新,找到了最经济适用的技术路线。对比来看,“悟空”的研制费用仅是美国FERMI望远镜和阿尔法磁谱仪的1/7和1/20。

  悟空团队骨干胡一鸣说:“他总是反复强调,我们是和世界上最厉害的一帮人竞争,我们比他们聪明?不可能。只有肯吃苦,比他们多花几倍的时间和精力,也许还有一点机会。”

  ——此后的进度被按下了“快进键”,“悟空”从正常运转到取得首批成果,只用了不到2年。

  早上醒来先看前一天卫星数据的总结报告,每晚看完当天已下载的数据分析才能入眠。“我出生在江苏泰兴一个普通的农民家庭,父亲在世时一年大概能挣两三万元,而一颗卫星的造价则是7亿元。”常进说,空间试验没有任何改正错误的机会,一个很小的错误都可能造成卫星失败,几百人多年的努力就白费了,所以我们每个人必须对得起国家的这份信任与支持,对得起团队多年的努力,认真负责地干好自己的事情。

科学探索有苦,但更多的是乐趣

  年轻时就爱琢磨宇宙的常进经常会提及爱因斯坦的一句话:宇宙中最不可理解的事,是宇宙居然是可以理解的。但他随即又加了后半句:“宇宙现在仍然是不可理解的。”

  “悟空”的首批成果表明,“沙漠”之外还有风光旖旎。暗物质有何利用前景?是不是能源?会不会找到外星人?……一个个问题向常进抛来。

  “悟空在1.4万亿电子伏特处,确实发现了异于正常能谱的超高能电子,但积累的样本数量还不够,还没有完全排除统计涨落。我们需要时间,也需要一点幸运。”常进说。幸运的是,国家目前正加大对科技的投入,加上多年坚持的人才政策,中国正处于科学发展的黄金时代。

  人类对暗物质的孜孜以求究竟能换来多少看得见摸得着的改变?对于常进和他的团队来说,走出人类认知局限的“沙漠”原本就是驱动他们投身科学的“初心”,在这条路上,有苦,但更多的是乐趣。

新华社北京电

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