12月17日上午8时12分许，我国首颗暗物质探测卫星“悟空”在酒泉成功发射，顺利进入预定转移轨道。这是我国历史上首个大型空间探测装置，它将探测宇宙中暗物质存在的间接证据，有望帮助科学家揭开21世纪物理学之谜。值得一提的是，上海科研人员为“悟空”核心载荷打造了物质基础，并创造世界纪录。

　　21世纪物理学有两朵“乌云”

　　暗物质和暗能量，被科学界称为“笼罩在21世纪物理学上的两朵乌云”。上海交通大学鸿文讲席教授、粒子与核物理研究所所长季向东介绍，天文学家发现，他们观测到的一些宇宙大尺度现象，与广义相对论、牛顿力学的理论预测并不相符。

　　物理学家因此推测，这些星系里存在人类还无法观测到的物质。它们的质量非常大，使星系外侧的恒星高速运转，并有足够大的引力“拉”住这些高速运转的星球。这些“暗物质”与人类已知的物质一样具有质量，却不与其发生电磁作用和强相互作用，因此人类几乎无法观测到。暗物质的密度很小，但数量庞大，因此总质量大得惊人。据推测，银河系中暗物质的质量比普通物质多20倍以上；在整个宇宙，普通物质只占5%左右，暗物质占27%左右，另外68%左右的质能则来自“暗能量”——一种充溢空间、增加宇宙膨胀速度的能量。

　　用空间高能设备探测暗物质

　　目前，寻找暗物质的方案有三种。一是利用大型强子对撞机，模拟宇宙大爆炸之初的“开天辟地”场景，寻找暗物质的蛛丝马迹；二是深入地下空间，在屏蔽宇宙射线影响的条件下，探测暗物质粒子与普通物质粒子碰撞时发出的微弱信号；三是空间间接探测，由于宇宙中的暗物质粒子会湮灭或衰变，该过程发出的宇宙射线可能被太空中的探测器发现。

　　“悟空”采用第三种方案。中国科学院国家空间科学中心负责人介绍，这颗卫星是目前全球观测能段范围最宽、能量分辨率最优的暗物质粒子探测卫星。它的主要科学目标有三个，分别是：通过在空间高分辨、宽波段观测高能电子和伽玛射线寻找和研究暗物质粒子，在暗物质研究这一前沿科学领域取得重大突破；　通过观测TeV（万亿电子伏）以上的高能电子及重核，在宇宙射线起源方面取得突破；　通过观测高能伽玛射线，在伽玛天文方面取得重要成果。“悟空”属于大型空间高能观测设备，其工作轨道为高约500千米的晨昏太阳同步轨道。

　　BGO晶体成“悟空”的视网膜

　　卫星搭载的最核心载荷是“BGO量能器”。BGO晶体研制单位、中科院上海硅酸盐研究所介绍，“悟空”卫星有效载荷重达1400公斤，其中BGO晶体重达824公斤。

　　硅酸盐所陈俊锋博士表示，BGO晶体是与可能存在的暗物质粒子湮灭产物相互作用的直接媒介，如果将BGO量能器比作卫星探测暗物质的眼睛，那么BGO晶体就是卫星探测暗物质的“视网膜”。

　　目前，BGO晶体在核医学、粒子物理、核物理、天体物理和石油测井等辐射探测领域有广泛应用，但已报道最长的BGO晶体仅为40厘米长，许多业内专家甚至认为，制备60厘米的尺寸是“不可能完成的任务”。

　　在中科院空间科技先导项目支持下，从2011年6月起，上海硅酸盐所中试生产一线（BGO研究组）在国际上率先进行了60厘米长BGO晶体制备科技研究，使上硅所成为世界上能研制并量产这一长度BGO晶体的唯一供应商，迄今保持着BGO晶体长度方面的世界纪录。连率先发现宇宙高能电子“异常超出”的美国南极气球实验，也采用了这条生产线提供的BGO晶体。