在 11 月 30 日公布的發現之後,「悟空」衛星還會在軌多久?後續還會有哪些發現值得期待?


在這個問題https://www.zhihu.com/question/263365132/answer/268209235的回答里也提到啦,很多人關心「悟空」號未來還要在軌運行多久、能收集到多少粒子。目前,「悟空」的工作狀態十分穩定,每天平均收集500萬個粒子,預計還將服役3年,理想狀況下,我們將還能收集到50億個粒子,屆時我們將對許多問題給出清晰的說明。

這裡想再引用暗物質粒子探測衛星首席科學家、中國科學院紫金山天文台常進研究員在暗物質粒子探測衛星「悟空」首批科學成果新聞發布會上的報告內容補充一下,為什麼會這麼說。

實際上,「悟空」衛星的設計壽命是三年,不過根據現在的測試結果,所有的探測器工作完美,所以我們預計衛星真正在天上服役的時間要遠遠超過它的設計壽命。

看兩個圖。

右圖的橫坐標是時間,縱坐標是粒子數目,可以看到粒子數目每天在穩定地增長。如果有一天儀器出了問題,它就無法是這麼穩定的一條直線,所以這個穩定的直線能夠證明我們在天上沒有浪費一分鐘,所有的時間都在正常地工作。

「悟空」衛星在天觀測情況

衛星2015年12月發射,上天三個月以後,科學院組織了一次評審,各項指標都滿足評定要求,整星指標評定為100分。

那麼發射至今,保持得怎麼樣呢?可以說,發射到現在將近兩年,衛星十分穩定,像塑料閃爍體探測器、BGO量能器、中子探測器,它的穩定性都優於0.5%,基本上隨著時間幾乎沒變化。

出品:科學大院

科學大院是由博覽運營的院官方科普微信公眾號,歡迎訂閱(ID: kexuedayuan),集齊中科全家桶:)


尋找「異常」與「可能」絕非易事。

自2015年底發射升空,「悟空」探測了35億多個高能宇宙射線,從中總共搜尋出100多個異常電子,難度不亞於大海撈針。

「悟空」研究團隊也坦承,目前數據統計量還不夠,存在一定的統計誤差。「我們是『靠天吃飯』,天上有多少宇宙射線,我們才能測到多少事例。」常進說,要降低統計誤差,唯一辦法是積累大量數據,這需要更多時間。

「悟空」得出數據後,研究人員為了排除分析方法可能產生的干擾,將初始數據分別交由4個中外團隊獨立分析計算,最後得出一致結論:在1.4TeV處確實出現了異常現象。

「悟空」設計壽命是三年,目前在軌運行狀況很好,預計衛星在天工作時間會大大超過設計壽命。

「悟空」研究團隊透露,今後兩三年是衛星數據分析的關鍵時期,收集到目標事例越來越多,繪製的能譜越來越精確,還將有系列重大成果發布。


悟空是我國的第一個空間望遠鏡,用於探測暗物質。

暗物質是宇宙中最神秘的存在,因為從宇宙理論模型上講,人類可見的物質僅占宇宙的4.9%,餘下的都是暗物質和暗能量

但單單這4.9%就告訴我們宇宙中大概有1000億乃至數萬億個銀河系,一個銀河系中有大概1000億-4000億個太陽系,太陽系中0.0003%的質量孕育了我們75億人類和數不盡的其他生物。

暗物質和暗能量因此被科學家們稱為「籠罩在21世紀物理學上的兩朵烏雲」。所以悟空暗物質探測望遠鏡的意義就不用過多補充了。

我國這個衛星做的水平也很高,是現今觀測能段範圍最寬、能量解析度最優的暗物質粒子空間探測器,它的觀測能段是安置於國際空間站的阿爾法磁譜儀的10倍(5Gev-10Gev),能量解析度比其它同類探測器還要高出3倍以上(優於1.5%)

就這麼說吧,阿爾法磁譜儀重15噸,是國際空間站上的第一大科研儀器。

所以用悟空來命名咱們自己家的這個空間望遠鏡,它的火眼金睛是妥妥的!

自2015年12月17日悟空入軌,兩年來一直在做各種調試和初步科研、蓄勢待發,而本次11月30日公布的重大發現意義之大,可以參考 @中國科普博覽 的更多科學解讀。

https://www.zhihu.com/question/263365132/answer/268209235

而針對本題,我從自己專業的角度解讀下這個空間望遠鏡還能在軌工作多久。

1。軌道特點

北京時間2017年11月30日03:29:25,悟空剛剛飛過南極大陸的冰蓋,飛行速度是每秒7610米/秒,大概94分30秒就能飛地球一圈!

它採用的是一條500千米高、軌道傾角97.3度的太陽同步軌道,這種軌道的特點是它經過同一緯度的當地時間是相同的,比如每次經過北京時間都是上午十點(假設)。

而且可以看出悟空軌道的特點是沿著晨昏線飛行的,這樣能保證它的太陽能電池板一直接收到充足的陽光以支持星上的儀器24小時不間斷工作,這也是這種科學、資源、光學成像衛星的普遍特點。

所以,從能量來源上講,悟空軌道的設計是足夠的。

2。軌道壽命

軌道高度500千米是個什麼概念呢?我前兩天剛回答了一個熱帖,太空精釀:為什麼東方紅一號至今仍然沒有墜入大氣層?,東方紅一號的近地點目前在435千米,但由於軌道特點它可能在人類滅亡前都不會掉回地球。

雖然悟空不是個類似的大橢圓軌道,但它更高,這基本意味著悟空的軌道在10-20年內都不會明顯下降,或者隨便燒一點自帶燃料就可以往上推了,飛個30年到50年乃至更長都極有可能,這已經遠遠超過它預計3年的壽命了。

當然,對於太陽同步軌道需要稍多一些燃料去維持,但這對於一個超過1.4噸重、可能攜帶有100+千克燃料的衛星而言是毫無壓力的,一年也許僅需5-10千克便足以維持。

3。電離層情況

悟空的500千米軌道高度依然處在電離層中上部,這裡的電離層影響遠低於更低軌道和地表,這也是建立空間望遠鏡的重要原因:有極少的大氣影響,可以提供相對純粹的環境讓空間望遠鏡做發現,這是地面設備所無法相比的

甚至它比處在400千米高的阿爾法磁譜儀觀測環境更好。

但在太空中干擾望遠鏡的最大因素也是電離層,它的範圍實在太大了,距離地球上千千米、難以逃避。電離層的大規模擾動將會影響衛星所有相關電子儀器和設備的壽命。

可以說是第一衛星殺手。

電離層深受太陽影響,有一個11年的變化周期,期間出現波峰波谷。

這是我最近發的一篇論文中用GPS數據推出來的2014-2016年電離層變化情況,可以看到2014年年底到2015年年初電離層處於11年來的峰值,但自從悟空發射後就進入了下降周期,最低谷將會出現在2019年左右,隨後也能保持4-5年的較低水平

這意味著悟空的任務周期即便從3年延長到10年,依然處在一個太陽和電離層活動周期的底部,這有兩個重大利好,

  • 星上器件所受電離層影響很少,壽命將會大大延長,悟空很容易超期服役
  • 電離層干擾很低,意味著悟空有著非常乾淨的太空環境來研究暗物質帶來的能量和信號,做出來的科研成果極有可能比想像中的好

綜上,悟空能夠騰雲駕霧、有個能72變的身子骨、又擁有火眼金睛,一定能給我們帶來更多科研上的驚喜。

中國製造,我看行!

強烈推薦 @中國科普博覽 的免費視頻直播live解讀此次發現:

解讀「悟空」暗物質粒子新發現


謝邀,已經有更權威的回答了,不獻醜了


推薦閱讀:

「現代物理學遭遇前所未有的挑戰」是真實的嗎?
「Verlinde引力理論首次被驗證」,對物理學的意義有多大?
如果一顆衛星在兩個行星的引力平衡點那麼這顆衛星會圍繞哪顆行星轉?
如何解讀 11 月 30 日紫金山天文台公布的暗物質粒子探測衛星「悟空」重大成果?發現暗物質粒子了嗎?
木星被點燃,能否照亮地球?

TAG:暗物質 | 天體物理學 | 航天 | 中國航天 | 「悟空」衛星 |