現(xiàn)代天文觀測(cè)表明，宇宙的主要成分是暗物質(zhì)和暗能量，前者約占當(dāng)今宇宙的27%，后者約占68%，而發(fā)光的普通物質(zhì)只占約5%，它們共同主宰著宇宙的命運(yùn)。遺憾的是，目前暗物質(zhì)和暗能量的主要觀測(cè)證據(jù)幾乎全部來自引力觀測(cè)效應(yīng)，在沒有厘清暗物質(zhì)與暗能量的本質(zhì)之前，無法斷言這些觀測(cè)效應(yīng)是目前的主流引力理論——廣義相對(duì)論不完善所導(dǎo)致的。事實(shí)上，確實(shí)有科學(xué)家構(gòu)造了新的引力理論來直接解釋現(xiàn)有的天文觀測(cè)現(xiàn)象，但這方面的努力尚未取得成功。相反，目前的主流觀點(diǎn)認(rèn)為，暗物質(zhì)可能是由超越粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型的新基本粒子構(gòu)成的，因此可以通過非引力探測(cè)實(shí)驗(yàn)來探測(cè)暗物質(zhì)。

國際上暗物質(zhì)的探測(cè)在20世紀(jì)下半葉已經(jīng)開始受到重視，但國內(nèi)該領(lǐng)域的研究在當(dāng)時(shí)幾乎處于空白狀態(tài)。1998年，情況有了改變，當(dāng)時(shí)中國科學(xué)院紫金山天文臺(tái)的青年學(xué)者常進(jìn)提出了一種新的方法，可以利用比較薄的量能器到太空中可靠地探測(cè)電子宇宙線。理論上，暗物質(zhì)粒子可能通過湮滅或者衰變產(chǎn)生高能電子宇宙線，它們?cè)谀茏V和空間分布上與普通天體源加速出的電子宇宙線有一定的區(qū)別，如果這些電子宇宙線能夠被合理地證認(rèn)出來，就可以測(cè)得暗物質(zhì)的質(zhì)量、湮滅截面等關(guān)鍵物理參數(shù)。因此，精確測(cè)量電子宇宙線為探測(cè)暗物質(zhì)提供了一條新途徑。常進(jìn)在1998年取得的數(shù)據(jù)分析方法的突破，奠定了悟空號(hào)暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星（Dark Matter Particle Explorer，DAMPE）的物理設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。

那時(shí)的常進(jìn)單槍匹馬，在國內(nèi)還沒有什么影響力，更沒有平臺(tái)，因此他把目光投向了國際合作。當(dāng)時(shí)美國在南極利用一個(gè)名為先進(jìn)薄電離量能器（Advanced Thin Ionization Calorimeter, ATIC）的長(zhǎng)周期氣球?qū)嶒?yàn)項(xiàng)目探測(cè)核素宇宙線，由于探測(cè)器較薄，項(xiàng)目原來的科學(xué)目標(biāo)中并不包含電子宇宙線。常進(jìn)認(rèn)為，該探測(cè)器完全可以探測(cè)電子宇宙線，并利用束流試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果說服了該實(shí)驗(yàn)組。2008年，ATIC項(xiàng)目組發(fā)表了研究論文，發(fā)現(xiàn)電子宇宙線能譜與宇宙線傳播模型相比存在顯著的超出，這種超出被認(rèn)為可能是暗物質(zhì)湮滅的信號(hào)。這篇論文在國際上產(chǎn)生了巨大反響，作為論文第一作者的常進(jìn)也成為國際上電子宇宙線探測(cè)的權(quán)威專家。由于ATIC項(xiàng)目并不是為探測(cè)電子宇宙線設(shè)計(jì)的，而且當(dāng)時(shí)我國已經(jīng)在考慮發(fā)展自主的天文衛(wèi)星，因此常進(jìn)及時(shí)地提出了暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星計(jì)劃。該項(xiàng)目于2011年底正式立項(xiàng)，2015年衛(wèi)星被正式命名為“悟空號(hào)”，并在當(dāng)年底順利發(fā)射，實(shí)現(xiàn)了我國天文衛(wèi)星以及空間高能粒子探測(cè)零的突破。

悟空衛(wèi)星在軌示意圖。圖片來源：紫金山天文臺(tái)

作為我國首顆天文衛(wèi)星，悟空號(hào)受到了社會(huì)各界的高度關(guān)注，幾乎是家喻戶曉。《悟空傳：暗物質(zhì)空間探索的中國方案》一書從悟空號(hào)團(tuán)隊(duì)工程技術(shù)人員和科學(xué)研究人員的實(shí)際經(jīng)歷出發(fā)，從多個(gè)角度講述了一支主要由青年人組成的科研隊(duì)伍在缺經(jīng)驗(yàn)、缺人手、時(shí)間緊、任務(wù)重的窘迫環(huán)境下，如何團(tuán)結(jié)協(xié)作、攻堅(jiān)克難、共同成長(zhǎng)的動(dòng)人故事，充分展示了中國科學(xué)家勇于創(chuàng)新、不畏困難、敢于挑戰(zhàn)、協(xié)同攻堅(jiān)的科學(xué)精神。我長(zhǎng)期從事引力理論和宇宙學(xué)的研究，也一直關(guān)注著暗物質(zhì)領(lǐng)域的研究進(jìn)展。我對(duì)悟空號(hào)團(tuán)隊(duì)的深入了解始于2009年，當(dāng)時(shí)吳岳良院士組織國內(nèi)的暗物質(zhì)與暗能量研究團(tuán)隊(duì)成功申請(qǐng)到了973計(jì)劃（國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃）項(xiàng)目——“ 暗物質(zhì)、暗能量的理論研究及實(shí)驗(yàn)預(yù)研項(xiàng)目”，常進(jìn)作為課題組長(zhǎng)領(lǐng)銜“暗物質(zhì)的空間探測(cè)實(shí)驗(yàn)研究”，我負(fù)責(zé)暗能量的理論研究課題。2010-2014年的這幾年，是973計(jì)劃項(xiàng)目的執(zhí)行期，也是暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星工程的關(guān)鍵研發(fā)期，我目睹了暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星項(xiàng)目組的蓬勃發(fā)展和所經(jīng)歷的種種艱辛。閱讀這本書，我眼前又浮現(xiàn)出常進(jìn)帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)披荊斬棘、不懈奮斗的感人場(chǎng)景，耳畔又響起他夾雜著泰州方言卻激情飛揚(yáng)的學(xué)術(shù)討論。通過上述973計(jì)劃項(xiàng)目的合作交流，我與常進(jìn)也成了好朋友。當(dāng)悟空號(hào)取得第一批科學(xué)數(shù)據(jù)后，我們?cè)趪易匀豢茖W(xué)基金委領(lǐng)導(dǎo)的支持下，一起推動(dòng)了一個(gè)重點(diǎn)項(xiàng)目群的立項(xiàng)。

現(xiàn)在，悟空號(hào)已經(jīng)9歲多了，但探測(cè)器性能依然良好，依然奮戰(zhàn)在尋找暗物質(zhì)粒子的征程上。暗物質(zhì)的本質(zhì)屬性作為當(dāng)代基礎(chǔ)物理領(lǐng)域最具挑戰(zhàn)性的難題之一，何時(shí)能得到徹底解決應(yīng)該說難以有明確的時(shí)間表。但悟空號(hào)以我國科學(xué)家的原創(chuàng)方法為基礎(chǔ)，以國際重大科學(xué)問題為導(dǎo)向，作為我國首顆天文衛(wèi)星，就在部分關(guān)鍵性能指標(biāo)上國際領(lǐng)先，為搜尋暗物質(zhì)粒子打開了一個(gè)新窗口，也為我國空間科學(xué)的發(fā)展留下了濃墨重彩的印記。我真誠地祝愿悟空號(hào)未來取得更多科學(xué)成果，為早日解開暗物質(zhì)之謎做出重大貢獻(xiàn)。

2025年3月18日

本文為《悟空傳：暗物質(zhì)空間探索的中國方案》一書的序言，原題為《鍛造“火眼金睛”，在太空中尋找暗物質(zhì)蹤跡》，澎湃新聞經(jīng)出版方授權(quán)刊載。

《悟空傳：暗物質(zhì)空間探索的中國方案》，韋大明/主編 中國科學(xué)院紫金山天文臺(tái)/編著，江蘇鳳凰科學(xué)技術(shù)出版社，2025年4月版