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“关于宇宙的教科书可能因此改写”

http://www.sina.com.cn  2011年05月18日06:30  解放日报

  本报记者 徐瑞哲 林环 实习生 顾荷梦 谭维旭

  “奋进”号前天跃入云层那一刻,正在发射现场的中国科学家程林,泪流满面。

  今天,人类首个太空中研究宇宙射线的仪器——阿尔法磁谱仪2,将随美国“奋进”号航天飞机运抵国际空间站。身为这一仪器热系统的首席科学家,程林在昨晚的越洋长途中告诉本报:“目前一切顺利,预计19日就能安装,获取数据了。”

  这是“奋进”号最后一次出征,也是走过30多年的美国航天飞机即将全体退役前的倒数第二次发射。

  让我们翘首关注的,还在于这次发射的主要任务,就是运送阿尔法磁谱仪2,以寻找“反物质组成的宇宙”、探寻“暗物质”的来源;而这一项目正是由华裔科学家丁肇中负责,有全球600多名科研人员参与,其中“中国科学家作出了决定性的贡献”……

  “中国贡献”

  “美国东部时间19日,将由宇航员通过太空行走,把磁谱仪安装在国际空间站上。随后,磁谱仪开始接受信号,传回海量数据供分析,才真正标志着我们的项目取得了成功。”程林表示,他要等磁谱仪安装完毕后,才能放心回国。

  就在他接受本报越洋采访之时,昨晚 7点,来自美国国家航空航天局(NASA)的第一时间消息显示:“奋进”号机组人员正在检测货舱里阿尔法磁谱仪2的热系统,以待次日安装。

  而热系统,正是此次“中国贡献”的一部分。

  由山东大学科学家程林领衔研制的阿尔法磁谱仪2热系统,将是人类历史第一次解决带电磁铁在太空中运行的温度控制问题。

  丁肇中曾多次坦言,磁谱仪项目是他40多年科研生涯中“难度最大”的实验,“甚至比当初为我带来诺贝尔奖的发现J粒子的实验,还要困难得多。”当初发现J粒子不过两年时间,磁谱仪项目却让丁肇中及来自全球16个国家和地区的56个科研机构组成的国际团队,奋斗了整整17年。

  仅举一例。磁谱仪项目的关键,是将一个桌子大小的磁体送入太空,这是一个长期悬而未决的难题。因为大型磁体有漏磁和二极磁矩问题,会严重干扰航天器飞行。就在寻访多国科学家仍旧无果后,丁肇中偶然在美国一份文献中,看到中科院电工所的论文,发现中国能制造很好的磁铁,于是飞到北京。“近40年无法解决的难题,最后还是由中科院电工所给解决了。”丁肇中说。

  另据业内人士介绍,NASA按惯例要对搭载大型设备做3次安全评估,而中国制造的钕铁硼磁铁只做了2次,就顺利“闯关”。这在NASA检验史上,还是第一次。

  借用磁谱仪项目首席工程师、意大利人戈达多·加吉奥洛的话,中国科学家为项目作出了“巨大贡献”。

  期待很多

  上海交通大学电子信息与电气工程学院杨煜普教授,从16日晚6点到午夜12点,一直在家中收看NASA提供的直播画面。作为项目参研人员,他可以通过电脑网络看到肯尼迪航天中心的发射实况。

  参与磁谱仪项目的中国大陆科研团队主要有8个,分别为中科院电工所、中国运载火箭技术研究院、山东大学、东南大学、中山大学、上海交通大学杨煜普小组、中科院高能所以及航空科学与技术国家实验室;来自中国台湾的团队主要有 “中央研究院”、中山科学院等。贡献各不相同,但都必不可少。

  上海交通大学杨煜普小组从2008年以来常驻日内瓦欧洲核子中心。在那里,他们研制了一个地面控制系统,整整有一面墙那么大。在这堵“墙”的另一面,就是阿尔法磁谱仪的研制现场。可以说,他们为“阿尔法牌”磁谱仪的生产流水线,建立了“生产控制间”,同时也是它的“产品测试间”。

  对于阿尔法磁谱仪2这个花了10多年工夫养大的“宝贝”,科学家的期待很多。NASA磁谱仪项目经理特伦特·马丁说,阿尔法磁谱仪将改变科学家思考高能物理的方式,因为这将是人类首次在太空中进行带电粒子实验。

  事实上,在人类现有的太空运载能力下,即使用航天飞机,阿尔法磁谱仪这种重量级家伙也不是轻易可以上天的。尽管这项科学计划早就“预订”了美国航天飞机的航班以及国际空间站的舱位,但只有等到航天飞机和空间站都做好了迎接准备,才能确保它在太空安家并持续工作多年。于是,“奋进”号把自己的“绝唱”之旅献给了阿尔法磁谱仪。

  杨煜普曾听丁肇中说过这样的话:“在科学道路上,我们可能原本是想去挖金子,但最终我们挖到的是玛瑙。”

  对于阿尔法磁谱仪,它的缔造者们有着更具开放性的期待。杨煜普说,如果说我们期待找到从未 “见”过的东西,那我们更期待找到从没“想”过的东西。也就是说,阿尔法磁谱仪可能发现宇宙教科书上没有的名词。“不仅我们的教科书会因此改写,我们的宇宙观可能也会因此改变。”

  三大悬疑

  此次“奋进”号的第25次也是最后一次飞行任务,加上许多中国科学家参与项目研究,成为一个中国科技界、媒体与公众的聚焦事件。为此,昨日记者就三大关键悬疑访专家。

  悬疑一:阿尔法磁谱仪是什么

  可以理解为一个 “超级磁化杯”。它约有3米见方,杯外“绝缘”不受任何磁性干扰,杯中的磁场强度则达地球的千倍数量级。各种不同探测装置就在杯中,不断捕获进入杯口的各种空间粒子。有的用于测量空间粒子的“身高”,有的测“体重”,有的测“衣着”等,以区分它们来自物质、反物质,还是明物质、暗物质。

  “‘哈勃’拍摄的天体照片是光子图像,光子是中性的。”杨煜普说,“而阿尔法磁谱仪是一台探测带电粒子的‘哈勃’,能‘拍’到更加丰富多样带极性的粒子。可以毫不夸张地比喻,如果说‘哈勃’是黑白电视机,那么阿尔法磁谱仪就是彩色电视机,它能收看一个最真实的宇宙。”

  尽管暗物质、暗能量如黑洞般神秘,但它们同样会像正、反物质一样相互湮灭,期间爆发出特定射线,释放出特殊粒子。通过阿尔法磁谱仪的空间磁场,就可以及时抓住这些“逃逸中”的基本粒子。过去我们浑然不知,而今,有望留下雪泥鸿爪。

  悬疑二:为何去外太空探寻

  如今科学家利用高能物理加速机、对撞机,才得以观察到,或者说制造出反物质,但这些反物质极其微量且稍纵即逝。

  “在探寻反物质方面,高能物理毕竟是有极限的,因为我们在地球上,这是一个正物质的世界,并且被正物质包围着。”杨煜普援引丁肇中的话说,“宇宙才是最好的高能实验室和粒子源!”

  事实上,欧洲曾向太空发射一颗小卫星,用于搜索反物质的蛛丝马迹。但按丁肇中的比喻,假如一座城市下着一场大雨,我们所要找的反物质,可能只是其中的某一颗与众不同的雨滴。这颗小卫星发射已两年左右,目前还没有极其有力的反物质证据。

  但新的阿尔法磁谱仪,则比它的体量大得多。小卫星一年间的数据获取量,阿尔法磁谱仪可能一周之内完成。

  杨煜普还介绍,关于反物质,有两种理论假设。其一,“正”、“反”相生相克,物质与反物质一旦接触便湮灭相抵,并由此产生巨大能量。正物质或许比反物质“多了一点”,因此形成了我们这样的世界。其二,在遥远的宇宙某处,存在完全由反物质构成的星系。“究竟哪一种假设正确,需要得到最直接的证据。”杨煜普说,“即使我们没有得到任何反物质,或确认空间中不存在反物质,也是意义重大,也是理论突破。”

  悬疑三:航天飞机何以寿终

  上海市宇航学会青少年科普专家袁乃新介绍,美国迄今共建造了6架航天飞机,“阿特兰蒂斯”号将于今年7月进行最后一次飞行,此后美国航天飞机全部退役。未来,美国宇航员将依赖俄罗斯飞船前往国际空间站,NASA可以腾出资金进行新技术研发和深空探索。

  “实际上,航天飞机具有两大致命弱点。一是成本太高,它的设计初衷是想通过反复使用来省钱,但其实每次发射都需近5亿美元,与设想的出入很大;二是危险性大,‘挑战者’号和‘哥伦比亚’号分别于1986年和2003年因爆炸而解体。”袁乃新分析,至于为何现在叫停,还是与美国国内经济状况有关。

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