在寒冬的中国西北荒漠，长征二号丁运载火箭迎着渐露的晨曦，喷着熊熊火焰，将一颗名叫“悟空”的卫星送往被黑暗主宰的宇宙，寻找神秘莫测，幽灵一般的暗物质。

　　12月17日清晨，数百位科学家、工程师、学生冒着零下15摄氏度的严寒来到酒泉卫星发射中心发射现场观看，他们搓着手、跺着脚，兴奋地等待着这一时刻。8时12分，在观众的屏息凝视下，长二丁火箭带着1.9吨重的中国科学卫星系列首发星——暗物质粒子探测卫星“悟空”徐徐升上天空，大地震颤。火箭向东南方向的天空越飞越远，最后化作天上的一颗星逐渐消失在视野中。

　　十多分钟后，“悟空”成功抵达在地球上空500公里高的太阳同步轨道，它将用“火眼金睛”帮助科学家窥探披着“隐身衣”的暗物质，回答现代物理学界最长时间没有找到答案的深奥之谜。

　　“这是中国科学家首次在太空中放置自己的高分辨高能空间望远镜，”暗物质卫星首席科学家、紫金山天文台副台长常进说，“它有望深刻地变革人类的宇宙观，实现空间科学重大突破。”

　　“悟空”与它的“火眼金睛”

　　“悟空”的身材比一般的卫星小巧，长宽高只有1.5米、1.5米、1.2米，像盒银白色的方形蛋糕。而它的“火眼金睛”是世界上迄今为止观测能段范围最宽，能量分辨率最优的空间探测器。

　　常进说，中国暗物质卫星的观测能段是国际空间站“阿尔法磁谱仪”的10倍，能量分辨率比国际同类探测器高3倍以上。

　　“悟空”将面朝太空，接受来自宇宙四面八方的高能电子和伽马射线。由于暗物质可能存在于任何区域，它头两年将对全天扫描，探测暗物质存在的方位。两年后，根据全天区探测的分析结果，它将对暗物质最可能出现的区域开展定向观测。

　　100多名中国科学家将对卫星数据展开分析研究，首批科学成果有望在卫星发射6个月至一年后发布。

　　如果透视“悟空”腹内，可见密密麻麻上万根导线，其复杂程度令人惊叹。常进介绍，由于寻找暗物质需要各方面信息，暗物质卫星包含塑闪列阵探测器、硅列阵探测器、BGO能量器和中子探测器四个科学载荷，它们各司其职，能测量高能粒子的能量、方向和电荷，并有鉴别粒子的本事。

　　寻找暗物质的过程就像与幽灵捉迷藏，“天下武功唯快不破，只有仪器越灵敏才越有可能有发现。”常进说。“悟空”就是通过提高能量分辨和空间分辨的本领，降低宇宙射线背景噪音，并且把探测器做得足够大等方法提高灵敏度。

　　以《西游记》中的美猴王名字命名的卫星“悟空”，没有携带金箍棒，却带了300多根“水晶棒”。

　　暗物质卫星系统副总设计师安琪说，位于卫星核心部位的BGO能量器包含了300多根纵横交错排列的晶体，每一根都有2厘米见方、60厘米长，是世界上最长的BGO晶体，研制难度非常高。整个卫星中，BGO能量器的重量就占了多半。

　　这些漂亮的“水晶棒”能够测量入射粒子的能量，并且由于电子和质子与晶体发生相互作用，产生类似淋浴喷水形状的簇射，而电子和质子产生的簇射形状不同，因而科学家可以区分出质子和电子。

　　暗物质卫星系统总设计师李华旺透露，卫星采用的是以载荷为中心的一体化结构设计。中国以前的卫星载荷只占总重量的几分之一，但是这颗卫星载荷重量占了绝大部分。

　　“相当于‘悟空’用轻盈的身躯背负了3.2倍体重的探测仪器。”他说。

　　国际空间站的阿尔法磁谱仪、美国的FERMI卫星以及中国的“悟空”各有特色：阿尔法磁谱仪可以区分正反物质，FERMI的探测器面积大，中国的“悟空”最厚，可以测量得非常准，以很高的能量分辨率测量高达1～10TeV的粒子(相当于普通日光灯发出的能量的1万亿倍)。同时，“悟空”的研制费用仅为FERMI和阿尔法磁谱仪的七分之一和二十分之一。

　　暗物质：谜一样的存在

　　20世纪30年代初，美国加州理工学院的兹威基经常扑倒在公共场所地板上做单臂俯卧撑。这位聪明又古怪的天体物理学家第一个发现，宇宙中可见物质远远不足以把宇宙连成一片，如果不是存在一种神秘而不可见的物质，星系早就分崩离析。

　　科学家把这种看不见的神秘物质称为“暗物质”。到了20世纪70年代，多种天文观测，比如盘星系的旋转曲线、星系团X射线观测、引力透镜等都显示了暗物质的存在。科学家将宇宙比喻成一个由三部分组成的大饼：5%的普通物质，27%的暗物质和68%的暗能量。人类所熟悉的普通物质，只是零星散布在宇宙中的些许点缀，就像夜幕中无边大海上的一点闪光，宇宙的绝大部分对人类来说是隐藏和最难了解的。

　　空间科学卫星工程常务副总指挥、中科院国家空间科学中心主任吴季说，由于人类还不了解暗物质，不得已才称它们“暗”，一旦发现了它们是什么，并且随着研究的深入，新发现的粒子就会有很多名字。

　　暗物质和暗能量被视为现代物理学和天文学的“两朵乌云”，目前世界各国都在集中人力、物力和财力研究这一问题。美国科学家在一份报告中列出21世纪要解答的11个科学问题，“什么是暗物质”被列在第一位。揭开暗物质之谜将是继日心说、万有引力定律、相对论及量子力学之后的又一次重大飞跃，将带来物理学的又一次革命。

　　每时每刻，都有无数的暗物质粒子穿过人体，人体却完全没有感觉，但是科学家不能忽略暗物质的存在。通过观测暗物质如何影响普通物质，并模拟它的引力效应，科学家还是对暗物质的性质有了一些认识：暗物质不发光、不发出电磁波、不参与电磁相互作用，它无法用任何光学或电磁观测设备直接“看”到；暗物质密度小、速度快，难以捕捉，暗物质粒子的运动速度大约为子弹出膛速度的300倍；暗物质应该来自于宇宙大爆炸；星系和星系团都包裹在暗物质粒子所构成的巨大“晕”中；假如没有神秘如斯的暗物质，星系无法在宇宙膨胀过程中坍缩形成，那么既不会有太阳，也不会有地球，更没有你我。

　　目前，科学家大致有三种方法探测暗物质：在加速器的“粒子工厂”将暗物质粒子“创造”出来；在地下布下“靶子”，等着暗物质粒子撞击留下蛛丝马迹；到太空捕捉暗物质粒子湮灭或衰变后留下的证据。中国的暗物质卫星用的是第三种方法。

　　这三种方法互为补充，互相印证。常进说：如果我们在天上找到一种暗物质粒子，把暗物质的质量弄清楚了，加速器试验和地下试验也会更加明确，“现在要找的人长得什么样还不清楚，大家都在不同的地方分头去找，如果我们弄清楚了这些情况，寻找暗物质就容易了。”

　　正是由于科学家还不知道暗物质这个“人”长什么样，只能用排除法一步步筛选，因而这种寻找便需要远在星辰的运气。

　　常进指出，搞科学不是靠运气，但是要具体发现什么，还是有一些运气的成份在里面。最主要的不确定性就是，暗物质究竟是什么，基本的物理性质都没有弄清楚，科学家只能根据一些疑似迹象，比如伽马射线超出，高能电子异常，反质子能谱异常等来设计探测器，但是有很多不确定性。

　　“如果把暗物质粒子湮灭或衰变的产物比作暗物质的儿子，那么我们可以通过‘儿子’得到‘爸爸’的一些性质。如果能够观测到暗物质湮灭或衰变的产物，那么暗物质的质量和其他一些物理性质，以及在在空间的分布等信息都可以得到。”常进说。

　　在太空创造中国的第一次

　　自暗物质被发现80多年来，科学家还从未探测到暗物质的明确信号。常进坦言，如果期望暗物质卫星一下就能准确找到暗物质，这个期望指数太高了。暗物质的基本物理性质还没有弄清楚，没有人能百分之百保证找到暗物质。

　　“但只要卫星工作正常，就为我们打开了一扇观测宇宙的新窗口，必然会发现很多新奇的现象。”常进说，“卫星除了寻找暗物质外，还是一个宇宙射线望远镜，可以研究宇宙射线的起源、传播和加速。宇宙射线发现了将近100年，但那么高能量的宇宙射线究竟来自于什么？人类到现在也没有弄清楚，这很奇怪。”

　　常进说，寻找暗物质需要全世界科学家的共同努力，何时能发现暗物质尚难以预计。至于发现暗物质后能如何利用，常进说，量子物理刚发现时，人们认为一点用处都没有，但是现在什么都与量子物理有关系。

　　“我们只有弄清暗物质的物理本质以后，才能说它对未来产生什么作用，但是物理的进步会导致科技的进步，这是百分之百肯定的。”他说。

　　今年10月举行的中共十八届五中全会通过了“十三五”规划建议，提出创新是引领发展的第一动力。习近平总书记指出，落实创新驱动发展战略，必须把重要领域的科技创新摆在更加突出的地位，实施一批关系国家全局和长远的重大科技项目。

　　目前中国基础研究投入占总研发投入比重仅为5%左右，而美国、德国分别为40%、28%。

　　暗物质卫星工程总师艾长春说，以前中国科学家只能将研制的仪器搭载在其他卫星上开展空间科学研究。发射“悟空”，是第一次由中国科学家主导的大型空间科学实验。

　　吴季说，中国第一颗人造地球卫星发射已有45年，但中国的空间科学卫星还未成系列。现在中国已成为航天大国，要向航天强国转变，就不能没有空间科学卫星。

　　常进说，“以前我们和国际上差太多了，人家跟我们都不讨论。今天在某些领域，我们和国际同行平起平坐。只要大家埋头干，中国的科学家会在不久的将来取得一系列重大突破。”