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光學工程
暗物質粒子探測衛星

暗物質粒子探測衛星(英文:Dark Matter Particle Explorer,縮寫:DAMPE)是中國科學院空間科學戰略性先導科技專項中首批立項研制的4顆科學實驗衛星之一,是目前世界上觀測能段范圍最寬、能量分辨率最優的暗物質粒子探測衛星。 

DAMPE是一個空間望遠鏡,有效載荷質量1410公斤,它可以探測高能伽馬射線、電子和宇宙射線。它由一個塑料閃爍探測器、硅微條、鎢板、電磁量能器和中子探測器組成。DAMPE的主要科學目標是以更高的能量和更好的分辨率來測量宇宙射線中正負電子之比,以找出可能的暗物質信號。它也有很大潛力來加深人類對于高能宇宙射線的起源和傳播機制的理解,也有可能在高能γ射線天文方面有新發現。

 

2015年12月17日8時12分,我國在酒泉衛星發射中心用長征二號丁運載火箭成功將暗物質粒子探測衛星“悟空”發射升空。

天文觀測表明,宇宙中最重要的成分是暗物質和暗能量,暗物質占宇宙25%,暗能量占70%,通常所觀測到的普通物質只占宇宙質量5%。此前,他與外國同行合作發現一些不明來歷的高能電子可能是暗物質粒子湮滅的證據。

為了進一步追尋暗物質的蹤跡,常進的科研團隊提出了研制“暗物質粒子探測衛星”計劃,得到了科技部和中科院的支持。常進介紹,在茫茫宇宙中尋找暗物質并非易事,傳統方法是采用大型探測器。如諾貝爾獎獲得者丁肇中教授研制的阿爾法磁譜儀2號,探測器重達7噸。而我國正在研制的“暗物質粒子探測衛星”,耗資少,重量輕,希望能在暗物質探測領域取得突破。

研發進展

“暗物質粒子探測衛星”計劃已被列入中科院“空間科學戰略性先導科技專項”,由紫金山天文臺暗物質與空間天文研究部和中國科技大學、中科院蘭州近代物理研究所、中科院高能物理研究所等合作研發。這顆衛星雛形初現,重約1.4噸,渾身布滿線頭,里面裝了許多科學儀器。其中,最重要的部分是一塊探測板,進行空間探測時它將會把海量的空間數據及時發送回研究人員的電腦中。

據了解,“暗物質粒子探測衛星”正式升空前,科研人員將要送它到歐洲進行一系列反復實驗,最終能否探測到暗物質,預計要到2016年才能見分曉。 

2015年12月16日下午,中國科學院國家空間科學中心宣布將暗物質粒子探測衛星命名為“悟空”。悟空是中國古典名著《西游記》中齊天大圣的名字,“悟”有領悟的意思,“悟空”有領悟、探索太空之意;另一方面,悟空的火眼金睛,猶如暗物質粒子探測衛星的探測器,可以在茫茫太空中,識別暗物質的蹤影。 

衛星組成

DAMPE由一個塑料閃爍探測器(PSD)、硅微條(STK)、鎢板、電磁量能器(BGO)和中子探測器組成。PSD用作反符合,由兩層塑料閃爍體條組成;STK由6個徑跡雙層,每個由正交擺放的兩個單面硅條組成;有三層鎢板厚度分別為1cm、2mm、2mm,,插在硅微條的第2、3、4層前面,用作光子轉換;BGO有14層,每層22根,相鄰兩層正交排列,用來測量射線的能量;中子探測器加在量能器的底部。BGO量能器和STK總共大約33個輻射長度,是空間里最深的量能器。 

DAMPE可以以前所未有的靈敏度和能量范圍探測電子,光子和宇宙射線(質子和重離子)。對于電子和光子,探測范圍是5GeV-10TeV,在800GeV的能量分辨率為1%。對于宇宙射線,探測范圍為100GeV-100TeV能區,在800GeV的能量分辨率優于40%。對于電子和光子,幾何因子是約0.3 mSR,對于宇宙射線大約0.2 mSR。100 GeV的角分辨率為0.1°。

 


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