“悟空”這七年

今天，“悟空”號(hào)暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星7歲啦！自2015年12月17日在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射升空以來，“悟空”至今已穩(wěn)定運(yùn)行7年，遠(yuǎn)超預(yù)期壽命，目前各項(xiàng)探測器指標(biāo)依然保持良好的工作狀態(tài)。

截至2022年12月17日，“悟空”號(hào)已平穩(wěn)在軌運(yùn)行2557天，累計(jì)繞地飛行38952軌，完成全天區(qū)掃描14次，共探測到130億高能粒子，平均每天記錄約500萬高能粒子。共計(jì)形成高級數(shù)據(jù)產(chǎn)品（2A級）216TB。

悟空號(hào)憑借其高能量分辨率和大接受度，在宇宙線能譜直接探測中具有獨(dú)特的優(yōu)勢。“悟空”7年運(yùn)行期間取得7項(xiàng)重要科學(xué)成果，對宇宙線電子、質(zhì)子、氦核能譜和硼碳及硼氧比例做出了精確的測量，發(fā)現(xiàn)系列能譜結(jié)構(gòu)，在單能伽馬射線線譜和分?jǐn)?shù)電荷等搜尋中取得國際領(lǐng)先水平的成果。

1 發(fā)現(xiàn)電子能譜TeV拐折

悟空號(hào)正負(fù)電子能譜（紅點(diǎn)）和其他實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比。圖源：悟空號(hào)合作組 (2017, Nature, 552, 63)

獲得25 GeV - 4.6 TeV能段正負(fù)電子能譜結(jié)構(gòu)的精確測量結(jié)果，首次以高置信度發(fā)現(xiàn)能譜在0.9 TeV處的拐折結(jié)構(gòu)，為理解宇宙線正負(fù)電子的起源和限制暗物質(zhì)模型參數(shù)提供了重要觀測數(shù)據(jù)。該成果入選2018年度中國科學(xué)十大進(jìn)展。

2 發(fā)現(xiàn)質(zhì)子能譜14 TeV拐折

悟空號(hào)質(zhì)子能譜（紅點(diǎn)）和其他實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比。圖源：悟空號(hào)合作組 (2019, Science Advances, 5, eaax3793)

精確測量40 GeV - 100 TeV能段宇宙射線質(zhì)子能譜，以高置信度揭示質(zhì)子能譜在14 TeV處的變軟拐折行為，可能是鄰近宇宙射線加速源留下的印記。該成果入選2019年度中國十大天文科技進(jìn)展。

3 發(fā)現(xiàn)氦核能譜34 TeV拐折

悟空號(hào)氦核能譜（紅點(diǎn)）和其他實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比。圖源：悟空號(hào)合作組 (2021, Physical Review Letters, 126, 201102)

精確測量70 GeV - 80 TeV能段宇宙射線氦核能譜，以高置信度揭示氦核能譜在34 TeV處的變軟拐折行為。氦核能譜和質(zhì)子能譜結(jié)構(gòu)體現(xiàn)出高度相似性，表明其具有共同的物理起源。

4 揭示電子福布斯下降恢復(fù)時(shí)間新特征

悟空號(hào)正負(fù)電子流量隨時(shí)間的變化（綠點(diǎn)）和悟空號(hào)無觸發(fā)事例（粉線）以及地面中子監(jiān)視器（藍(lán)線）結(jié)果對比。圖源：悟空號(hào)合作組 (2021, The Astrophysical Journal Letters, 920, L43)

悟空號(hào)觀測到2017年9月一次巨大日冕物質(zhì)拋射事件導(dǎo)致的正負(fù)電子流量的福布斯下降行為，并準(zhǔn)確測量了流量下降后的恢復(fù)時(shí)間隨著能量的變化關(guān)系，揭示出和傳統(tǒng)理論預(yù)期不完全相符的新特征，為理解宇宙射線在太陽系內(nèi)的輸運(yùn)過程以及和太陽活動(dòng)的關(guān)系提供了新的數(shù)據(jù)。

5 獲得伽馬射線線譜最靈敏探測結(jié)果

悟空號(hào)對產(chǎn)生單能伽馬射線線譜的暗物質(zhì)衰變壽命排除區(qū)域（陰影）。圖源：悟空號(hào)合作組 (2022, Science Bulletin, 67, 679)

借助其非常高的能量分辨率（~1%），悟空號(hào)對伽馬射線線譜輻射進(jìn)行了高靈敏度的搜尋，對暗物質(zhì)湮滅或衰變產(chǎn)生單能伽馬射線線譜的模型給出了嚴(yán)格限制，其中對湮滅模型參數(shù)的限制和Fermi-LAT的結(jié)果相當(dāng)，而對衰變模型參數(shù)的限制優(yōu)于Fermi-LAT結(jié)果，為國際上最好水平。

6 發(fā)現(xiàn)硼碳和硼氧比例能譜拐折

悟空號(hào)宇宙線硼碳比例（紅點(diǎn)）和其他實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比。藍(lán)色虛線為傳統(tǒng)模型預(yù)期。圖源：悟空號(hào)合作組 (2022, Science Bulletin, 67, 2162)

精確測量了10 GeV/n - 5.6 TeV/n能段的硼碳比例和硼氧比例能譜，揭示出二者在100 GeV/n處的顯著拐折行為，意味著高能段宇宙射線傳播速度比預(yù)想的更慢，對傳統(tǒng)宇宙射線傳播模型提出了挑戰(zhàn)。

7 獲得宇宙空間分?jǐn)?shù)電荷粒子最靈敏探測結(jié)果

悟空號(hào)對2/3e粒子設(shè)出的流量上限（紅點(diǎn)）和其他實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比。左圖為地面實(shí)驗(yàn)結(jié)果，右圖為空間實(shí)驗(yàn)結(jié)果。圖源：悟空號(hào)合作組 (2022, Physical Review D, 106, 063026)

悟空號(hào)對宇宙空間中可能存在的分?jǐn)?shù)電荷粒子進(jìn)行了高靈敏度搜尋，對電荷絕對值為2/3電子電量的分?jǐn)?shù)電荷粒子流量給出了嚴(yán)格限制，其上限比此前的空間實(shí)驗(yàn)結(jié)果低兩到三個(gè)數(shù)量級。

“悟空”還將繼續(xù)在太空中盡情施展自己的功力，為中國空間科學(xué)的宏偉畫卷增添新的色彩。

輪值主編：張水乃

編輯：王科超