新華社南京１２月１７日電?題：“悟空”的“師傅”
新華社記者蔡玉高、蔣芳、王玨玢
中科院紫金山天文臺辦公樓三樓拐角，有一個掛著“ＤＡＭＰＥ”標(biāo)簽的房間。這個不起眼的房間，正是我國暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空”在地面的數(shù)據(jù)處理中樞——暗物質(zhì)與空間天文實(shí)驗室?！拔蚩铡辈蹲降拿恳稽c(diǎn)信息，都傳回這里校準(zhǔn)、分析。
忙碌在這個實(shí)驗室中的科學(xué)家，都是“悟空”的“師傅”。
“師傅”常進(jìn)：我是“科研工頭”
《西游記》中美猴王的師傅是高僧玄奘，而遨游在太空中的“悟空”，“師傅”是紫金山天文臺副臺長、暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星首席科學(xué)家常進(jìn)。
暗物質(zhì)衛(wèi)星上天，是對常進(jìn)２０多年來致力于宇宙高能電子、伽馬射線探測技術(shù)研究的最好回報。
１９９９年，常進(jìn)首次提出探測器可靠區(qū)分質(zhì)子、電子的新技術(shù)。這一技術(shù)后來被應(yīng)用于包括美國南極長周期氣球探測實(shí)驗、暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星等多個國際探測項目。
基于幾次南極實(shí)驗的數(shù)據(jù)，常進(jìn)率領(lǐng)的研究團(tuán)隊于２００８年在國際權(quán)威學(xué)術(shù)刊物《自然》上發(fā)表文章，介紹了有關(guān)宇宙高能電子異常的發(fā)現(xiàn)。這一發(fā)現(xiàn)被美國物理協(xié)會和歐洲物理協(xié)會評為當(dāng)年世界物理學(xué)領(lǐng)域的重大研究進(jìn)展，引發(fā)新一輪國際探索暗物質(zhì)熱潮。
這一成果也促成暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星在２０１１年正式立項。
“我就是個‘工頭’，領(lǐng)著一幫搞科研的踏踏實(shí)實(shí)往前干?！背＿M(jìn)說，“我更希望自己是個‘常大錘’，碰到難題砸得下去、遇到責(zé)任頂?shù)闷饋??！?/p>
“秘書”郭建華：給探測器“體檢”
“悟空”上天后，暗物質(zhì)衛(wèi)星有效載荷副總設(shè)計師郭建華立即轉(zhuǎn)做“體檢師”，每天監(jiān)測“悟空”在天上的“冷暖”與健康，給“悟空”安排日程。
怎么保證探測器狀態(tài)正常？郭建華說，監(jiān)測衛(wèi)星姿態(tài)很重要，保持衛(wèi)星太陽帆板始終對準(zhǔn)太陽，才能維持能源供給和探測器溫度穩(wěn)定。
每天清晨和傍晚，“悟空”路過中國，位于密云、喀什、三亞的三個數(shù)據(jù)接收點(diǎn)就啟動程序，接收“悟空”每天回傳的約１３Ｇ數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)經(jīng)過簡單處理，全部傳回南京的暗物質(zhì)實(shí)驗室進(jìn)行系統(tǒng)分析，這其中，就包含有郭建華監(jiān)控的衛(wèi)星姿態(tài)信息和探測器狀態(tài)信息。
“探測器建造過程中，我們還進(jìn)行過環(huán)境模擬實(shí)驗。拿當(dāng)時地面測到的電流、電壓等與現(xiàn)在軌道中傳回的數(shù)據(jù)比較，結(jié)果互相吻合，也能幫我們判斷探測器工作狀態(tài)正常?！惫ㄈA說。
除了每天為探測器“體檢”，郭建華的工作還包括參與安排“悟空”在天上的工作計劃。
“‘悟空’在太空中精神抖擻，其實(shí)它的每一個動作，背后都有科學(xué)家周密的安排。”郭建華說，科研團(tuán)隊要提前制定“悟空”的工作計劃，每周分兩次由位于西安的測控中心傳送給衛(wèi)星上的計算機(jī)。這樣，“美猴王”才能在天上指哪兒看哪兒、火眼金睛。
“翻譯”伍?。海啡f個信號還原１個軌跡
從“悟空”在天捕捉到原始數(shù)據(jù)、到理論學(xué)者分析形成重大發(fā)現(xiàn)，中間關(guān)鍵的一環(huán)，是要將“太空密碼”翻譯成能被科學(xué)家運(yùn)用的高級物理信息。
擔(dān)任“首席翻譯官”的，是暗物質(zhì)衛(wèi)星科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)總設(shè)計師伍健。
伍健解釋，翻譯數(shù)據(jù)的過程主要可劃分為兩步，第一步稱為標(biāo)定。標(biāo)定要把二進(jìn)制電子信號統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成能量。簡單來講，能量是一種更為“通用”的科學(xué)語言，有了它，科研人員就能繼續(xù)進(jìn)行下一步數(shù)據(jù)分析。
掌握了入射離子的能量數(shù)據(jù)，第二步才是對“翻譯”最大的挑戰(zhàn)：數(shù)據(jù)重建。“有了能量信息不代表獲知了粒子的真實(shí)情況，難題才剛剛開始?！蔽榻≌f，數(shù)據(jù)重建可以用兩個詞來形容：“大海撈針”“盲人摸象”?！拔蚩铡泵刻靷魉突兀担埃叭f個粒子信息，其中只有０．１％是有用的電子，目標(biāo)光子的數(shù)量還要更少。研究人員準(zhǔn)確分析目標(biāo)粒子，首先要剔除９９％以上的質(zhì)子等本底信息。
此外，粒子與能量信號并非一一對應(yīng)。入射的粒子由于發(fā)生簇射反映，可能在探測器里留下幾百、乃至幾千路信號。要把這成百上千路信號綜合在一起，才能大致還原出目標(biāo)粒子的電荷、運(yùn)動方向等基本信息。
“粒子特征不一樣，適用的方法也不一樣。為提高準(zhǔn)確率，科研人員一直在不斷修正標(biāo)定和重建的模板，到現(xiàn)在總共修改了４６００多次。最復(fù)雜的一次，我們匯總了７萬多路信號才還原出１個粒子信息?！蔽榻≌f。
“經(jīng)紀(jì)人”范一中：“悟空”的“鐵桿粉”
暗物質(zhì)衛(wèi)星科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)副總師范一中，領(lǐng)導(dǎo)著科學(xué)理論團(tuán)隊。每天，他緊盯同事們“翻譯”出的高級物理信息，不放過一絲一毫暗物質(zhì)幽靈可能留下的痕跡。
盡管是“悟空師傅團(tuán)”的一員，但范一中卻自稱是這只太空“猴子”的“鐵桿粉”。
“２０１０年，‘悟空’團(tuán)隊聯(lián)系到還在國外工作的我，希望我能回國參與到中國暗物質(zhì)衛(wèi)星的項目，我沒有猶豫立刻答應(yīng)下來?！狈兑恢姓f，“悟空”凝聚了整個研制團(tuán)隊的心血，看著它表現(xiàn)越來越好，科研人員都很興奮，“衛(wèi)星上天、回傳數(shù)據(jù)的每個重要節(jié)點(diǎn)，都是我們科研人員的大日子！”
目前，范一中等科學(xué)分析專家，正在應(yīng)用系統(tǒng)提供的入射粒子方向、能量等信息，緊鑼密鼓地繪制高能電子和伽馬射線能譜。
“越是‘奇怪’‘少見’的粒子和能譜結(jié)構(gòu)，越是我們緊盯的目標(biāo)。天上的‘悟空’火眼金睛，地上的科研人員也睜大了眼睛，爭取早日有所發(fā)現(xiàn)！”范一中說。
