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暗物質粒子探測衛(wèi)星（英文：Dark Matter Particle Explorer，縮寫：DAMPE）是*空間科學戰(zhàn)略性先導科技專項中*立項研制的4顆科學實驗衛(wèi)星之一，是目前世界上觀測能段范圍寬、能量分辨率的暗物質粒子探測衛(wèi)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(fā)現。 [1] 

2015年12月17日8時12分，我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用長征二號丁運載火箭成功將暗物質粒子探測衛(wèi)星“悟空”發(fā)射升空。它具有能量分辨率高、測量能量范圍大和本底抑制能力強等優(yōu)勢，將中國的暗物質探測提升至新的水平。 [2] 

中科院紫金山天文臺2016年12月29日通報，暗物質粒子探測衛(wèi)星“悟空”近兩個月內頻繁記錄到來自超大質量黑洞CTA 102的伽馬射線爆發(fā)。這是暗物質衛(wèi)星科研團隊自衛(wèi)星上天后*發(fā)布觀測成果。“悟空”觀測到的現象表明，黑洞CTA 102正經歷新一輪活躍期。

衛(wèi)星簡介

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暗物質粒子探測衛(wèi)星(5張)

“暗物質粒子探測衛(wèi)星”計劃屬于*“空間科學戰(zhàn)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、中國科學技術大學、*近代物理研究所和*高能物理研究所等合作研發(fā)。 [6] 

“悟空”是目前世界上觀測能段范圍寬、能量分辨率優(yōu)的暗物質粒子探測衛(wèi)星，超過上所有同類探測器。它將在太空中開展高能電子及高能伽馬射線探測任務，探尋暗物質存在的證據，研究暗物質特性與空間分布規(guī)律。

衛(wèi)星組成

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主要目的：尋找暗物質粒子，研究暗物質特性與空間分布規(guī)律，探尋宇宙射線起源并觀測高能伽馬射線，有望在物理學與天文學前沿帶來新的重大突破。 [7] 

主要本領：測量高能粒子的能量、方向和電荷，以及鑒別粒子的種類。

主要構成：塑閃陣列探測器（PSD），硅陣列探測器（STK）、電磁量能器（BGO）、中子探測器。

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，是空間里深的量能器。 [1] 

各自作用：

塑料閃爍體探測器：區(qū)分電荷。電子和光子打進來，是不同的。

Si陣列探測器：測量宇宙線的方向和電荷。

BGO量能器：較為重要，測量宇宙線的能量。

中子探測器：區(qū)分質子和電子。

同時，不同能量產生的簇射的大小也不同。

DAMPE可以以*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(qū)，在800GeV的能量分辨率優(yōu)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°。 [1] 

科學目標

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一是暗物質間接探測，也是主要的；二是尋找宇宙射線的起源；三是伽馬射線天體物理。 [8] 

探測原理

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悟空(6張)

1.什么是高能宇宙射線？

指的是來自宇宙中具有相當大能量的帶電粒子流，1912年由德國科學家韋克多?漢斯發(fā)現。他制作了一個電離室，用于測量空氣中的電離度（空氣中的帶電粒子數量）。同時期也有其他的科學家制作電離室，漢斯的創(chuàng)新之處在于，他將電離室放在熱氣球上，這樣在放飛前，能測量出地面的電離度，放飛后，能測量出不同海拔高度的電離度。而漢斯的測量結果顯示：海拔越高，電離度越大。

這說明帶電粒子并不是地球產生的，否則不會越遠離地面，電離度越高。也就是說，宇宙空間會產生帶電粒子，再打到地球上。

宇宙線產生后，在銀河系傳播的過程中，有一定的幾率逃脫銀河系，跑到宇宙空間去，這樣宇宙線的能量就會越來越低。但實際上宇宙線的能量是比較穩(wěn)定的。這是因為宇宙線有源頭，宇宙線的源頭一般認為是超新星的爆發(fā)。當超新星爆炸的時候，會將自身的高能量粒子，例如氫核、氦核，以非常高的速度拋射到星系空間中。

2.為什么測量高能宇宙射線有可能發(fā)現暗物質？

宇宙線的源頭一般認為是超新星爆發(fā)，而如果暗物質存在的話，暗物質湮滅的時候產生的宇宙線，就成為了宇宙線的額外來源，這時候探測到的宇宙線會不同于標準模型，多出來的一部分可能來源于暗物質湮滅或者衰變，對這多出的一部分進行探測，就是暗物質的間接探測。由諾貝爾物理學獎獲得者丁肇中主持的AMS項目中的暗物質粒子探測衛(wèi)星AMS-2，就是應用的這一原理。我國的暗物質粒子探測衛(wèi)星也是一個宇宙線探測器，就是應用這類機制來探測暗物質。 [8] 

性能與結構

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空間探測宇宙線主要測量宇宙線粒子的電荷、能量和入射方向，其中測量電荷包括電荷的大小與正負。電荷正負的測量是困難的，必須借助于磁場才能實現。磁譜儀可以測量宇宙線在其磁場中的偏轉，進而判定入射宇宙線的電荷。磁譜儀造價昂貴，現在仍在空間運行的探測器只有AMS-02。Fermi-LAT、CALET和DAMPE這3個探測器都利用量能器來測量宇宙線的能量，而不測量電荷的正負。DAMPE即“悟

結構示意圖(2張)

 空”是*1個空間高能粒子探測器，經過征名活動，終命名為“悟空”，寓意用《西游記》中火眼金睛的悟空尋找難以察覺的暗物質存在的證據。“悟空”已于2015年2月17日發(fā)射升空，是世界上迄今為止觀測能段范圍寬、能量分辨率的空間探測器，其觀測能段是空間站阿爾法磁譜儀的10倍，能量分辨比同類探測器高3倍以上。目前在軌運行狀態(tài)穩(wěn)定，數據*地獲取了大量數據。DAMPE是以中國為主，瑞士和意大利參與共同研發(fā)完成的。DAMPE主要探測電子宇宙射線、高能伽瑪射線和高達Pe V的核素宇宙射線。它具有能量分辨率高,測量能量范圍大和本底抑制能力強三大優(yōu)點。設計指標如表1所示。DAMPE的性能優(yōu)勢和它的結構設計緊密相關。暗物質粒子探測衛(wèi)星的探測器由4部分組成，分別是：塑閃陣列探測器、硅陣列探測器、BGO量能器以及中子探測器。

塑閃陣列探測器的主要功能是測量入射宇宙線的電荷以區(qū)分不同核素，也有可區(qū)分高能電子和伽瑪射線。高能帶電粒子在穿過塑料閃爍體時，通過電離和發(fā)射輻射(光子)的方式損失能量。沉積的能量轉化為熒光，被兩端的光電倍增管轉化為電信號，經打拿級放到后讀出。塑閃陣列探測器主要由蘭州近代物理研究所負責研制。硅陣列探測器的主要功能是測量入射宇宙線粒子的方向和電荷。硅陣列探測器由6大層硅微條探測器上下層疊排布而成。同時在第1/2、2/3和3/4層之間各有一塊鎢板。高能光子在穿過鎢板時以較高的概率轉化為正負電子對。所以光子和電子在量能器中的信號是*的。如果在*層沒有記錄到帶電粒子的信號,但在下面幾層記錄到信號,則入射粒子為伽瑪射線。硅陣列探測器是由*高能物理研究所、日內瓦大學、佩魯賈大學等單位共同研制的。BGO量能器是探測器核心的組成部分,其功能是測量宇宙線粒子的能量，并可區(qū)分宇宙線中電子與質子。BGO晶體是一種無色透明的沒有激活劑的純無機閃爍體,是核物理實驗中常用的一種閃爍體材料。暗物質粒子探測衛(wèi)星所使用的BGO晶體是由上海硅酸鹽研究所專門設計開發(fā)的。BGO量能器的數據讀出系統(tǒng)有高達8萬路的電子學信號通道（也就是整個探測器有8萬路電子信號輸出；而且這8萬條電子學信號通道要在1 m3這樣小的范圍內布局完成，難度很大）。 [2] 

中子探測器測量的是宇宙線粒子在探測器上面3層中產生的次級中子。高能電子主要是電磁簇射，產生的中子數目很少，但是質子和其他核素還會發(fā)生強子簇射，從而產生大量的高能中子。根據這種效應,可以進一步區(qū)分宇宙線的電子和質子。中子探測器主要由*紫金山天文臺負責研制