上周中国航天日的时候
我们的月球车月兔2号
为中国航天家族送上了一份生日礼
航天家族的插画全家福
其中有一幅格外有萌点
是画给@暗物质粒子探测卫星-悟空 的
或许很多人还不知道
发射于2015年的悟空号
是目前世界上观测能段范围最宽
能量分辨率最优的暗物质粒子探测卫星
根据此前计划他将在今年退役
那么“火眼金睛”的悟空所负责观测的暗物质
究竟为何物呢
No.1
发现暗物质
“悟空号”曾经在2017年11月公布过两大让人惊喜的重要发现：
1：首次直接测量到了电子宇宙射线能谱在1 TeV处的拐折，为判定部分电子宇宙射线是否来自于暗物质湮灭起着关键性作用。
2：宇宙线高能电子约在1.4TeV附近呈现出尖锐的能谱，暗示了暗物质粒子存在的可能的新证据。
简单来说，就是证明了暗物质可能真的存在。
暗物质作为宇宙中最玄妙的东西，是人类追寻多年的宇宙魅影。那么它是怎么被发现的呢？
这就要追溯到上世纪30年代，源自瑞典天文学家弗里兹·扎维奇观测到的一次星系“发神经”现象。
1933年的一个夜晚，弗里兹·扎维奇在日常“仰望星空”的时候突然发现一个奇怪的现象：星系相互之间的速度太快了。
这个现象让“超新星之父”扎维奇来劲了，他通过星系团的运动速度等数据，计算了星系团该有的质量，进而观测整体的光度后发现：后发座星系团的质光比远大于太阳的质光比。
所谓星系团是星系的集合体，可以包含数百个明亮的星系，这些星系由共同的引力场束缚。扎维奇观测的星系团位于后发座内，因此被称为“后发座星系团”。
按理说后发座星系团的质光比应该比太阳的质光比小，但后发座星系团在光度低于太阳光度的同时，质光比却大于太阳。
这个“异常”的结果只能说明后发座星系团的整体质量大于太阳。但我们当时天文界所知的后发座星系星体的质量远远低于计算出来的质量。
这就暗示着后发座星系团中存在着我们难以看到的物质质量，这一结论确让“暗物质”第一次正式地被人类“看见”。
不过，这一概念突破性的结论在当时未能引起学术界的重视，毕竟这是科学界不是娱乐圈。
时间到了20世纪70年代，美国天文学家维拉·鲁宾在观测仙女星系的星体时发现：无论仙女星系中的星体距离星系中心多少，其旋转速度始终不变，甚至有上升趋势。
根据牛顿定律和开普勒定理：在太阳系中，速度的平方应该是与距离成反比的，也就是说距离太阳越近的地方，行星公转的速度越快，距离太阳越远其旋转速度越慢。
但鲁宾观测到的星体旋转曲线却不符合这个定理：星体距离银心越远，旋转速度一样或者速度越快，这与牛顿定律的后发座星系团部分的旋转速度趋于递减是相悖的。
这——不——科——学，鲁宾这样想到，这是为什么？
仙女星系也属于太阳系，本质上应该符合牛顿定律。如果存在的引力是一样的，速度越来越快的情况下没有被甩出去，这只能说明在其运动的最外面有一种巨大质量的物质把这些高速运转的恒星围起来了。
“暗物质”的存在再一次被“看见”。
2006年，钱德拉X射线卫星拍摄到了“子弹星系团”的照片直接证实了扎维奇所说的暗物质的存在。
这个星系团叫做“子弹星系团”，图中蓝色部分是我们通过引力透镜的方式模拟出来的该星系团实际的质量分布，但我们实际看到的只有图中闪烁的星体质量，红色的部分是通过x射线探测出来的普通的气体云。
科学家们推测大概在一亿年前，两个子星系团发生碰撞，气体云（红色区域）发生碰撞静止不动，但蓝色的区域没有静止而是自然的穿插其中，于是科学家们推测这可能就是大名鼎鼎的暗物质。
No.2
什么是暗物质？
根据科学家们的观测和推算，我们生存的宇宙中，有95%的部分是暗物质。但事实上，作为普通人我们似乎从未意识到他的存在，这也是暗物质被称为“幽灵”的原因之一。
日本科学家曾试图通过XMASS实验验证暗物质的存在：他们在地底下装了巨大的水槽，水槽里面安放了装有液态氙的水罐，如果暗物质存在的话，氙会发光。
但这个实验进行了5年，一无所获。
我们都知道，即使是看不见的空气，我们依然还是能通过观测、数据去感受和“看”到气流的震动。如果真的存在如此大量的“暗物质”，那么暗物质到底是什么呢？我们又怎么让他们“现出原形”呢？
根据仙女星系团的出现的“怪”现象、钱德拉x射线卫星拍到的图以及其他更多的证据，科学家们推断目前已知的暗物质特征有三点：
第一，看不见、摸不着。
第二，提供引力。
第三，不进行电磁作用。
更多关于暗物质的特征，全球科学家们还在进一步研究中。但暗物质的“三个老大难”：难以观测、难以捕获、难以制造，都给它的存在蒙上了一丝神秘色彩。
不过，科学家追寻真相的脚步是不会停歇的。
2011年5月，诺贝尔奖得主、美籍华人丁肇中就主导了获得广泛关注的阿尔法磁谱仪计划，简称AMS，这个计划由来自16个国家的600多名顶尖科学家共同参与，其中最重要的一个研究方向就是“暗物质”。
他们通过在空间站上安置的阿尔法磁谱仪在外层空间收集宇宙线粒子，从而间接“看见”暗物质，即当两个暗物质粒子发生碰撞的时候，他们会产生特殊的宇宙射线从而被AMS装置“抓”住。
要知道光是这个装置的造价就高达20亿美元，如果再算上其他的人力物力，花在“暗物质”身上的钱可以说是真正的“天文数字”。
或许不少人会在心底打出一个问号，假使“暗物质”并不影响我们当下的生活，而科学家们追寻的答案又看起来如此“渺茫”，为什么我们还要去追寻“黑暗”的痕迹呢？
借用悟空号的一句话：“寻找暗物质存在的证据，并不是寻找黑暗，而是为了看见科学的光明。”而这就是生命存在的意义之一吧。
引用：
[1]Ryotaro Kase, Shinji Tsujikawa. Weak cosmic dark energy with a Lagrangian formulation [J] . Physics Letters B, 2020.
[2] Jens C. Niemeyer. Small-scale structure of fuzzy and axion-like dark matter[J]. Progress in Particle and Nuclear Physics,2020.
[3]钟萃相. 哈勃定律的证明与宇宙膨胀的真相及暗物质和暗能量.科学技术创新[J],2019.
[4]高凌云. 暗物质只通过引力相互作用的新证据[J].现代物理知识，2018.
部分图片来自BBC电视剧《黑暗物质第一季》
