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奋进号将携探测设备升空 欲搜寻反物质星系(图)

http://www.kexue.com 2011-04-28 09:23:55 新浪科技  发表评论

在“奋进”号航天飞机即将发射之前,工程师们正在对反物质太空磁谱仪实施最后的检测。反物质太空磁谱仪将在国际空间站上探测宇宙射线。
在“奋进”号航天飞机即将发射之前,工程师们正在对反物质太空磁谱仪实施最后的检测

在“奋进”号航天飞机即将发射之前,工程师们正在对反物质太空磁谱仪实施最后的检测。反物质太空磁谱仪将在国际空间站上探测宇宙射线。
艺术构想图:安装于国际空间站上的反物质太空磁谱仪

反物质太空磁谱仪项目首席科学家丁肇中(右)和“奋进”号航天飞机指令长马克-凯利(左)在佛罗里达肯尼迪太空中心检查反物质太空磁谱仪。
反物质太空磁谱仪项目首席科学家丁肇中(右)和“奋进”号航天飞机指令长马克-凯利(左)

  美国宇航局“奋进”号航天飞机将于4月29日发射升空前往国际空间站,完成最后一次飞行任务。随同“奋进”号航天飞机升空的还有一个重要的实验设备--“反物质太空磁谱仪”。这一先进的实验设备将在太空轨道上完成搜寻反物质星系和暗物质迹象等重要任务。

  据科学家介绍,反物质太空磁谱仪重约6900多公斤,造价约为20亿美元。该设备将装备于国际空间站,主要用于搜索宇宙射线以及来自外太空的高能带电粒子。反物质太空磁谱仪将采用一个重约1900公斤的磁铁来产生一个强大的均匀磁场,该磁场比地球磁场要强3000多倍。磁场可以折射宇宙射线,从而探测器能够分析出宇宙射线的各种属性,如电荷、速率等。

  在2003年“哥伦比亚”号航天飞机失事后,美国宇航局最初决定反物质太空磁谱仪升空计划取消。后来,在科学家们的大力游说下,反物质太空磁谱仪任务得以恢复。去年,科学家们替换了反物质太空磁谱仪上的磁铁,并重新装上了更大体积的磁铁,从而大大延长了反物质太空磁谱仪的使用寿命,使其可以一直服役至2020年,这也是国际空间站的预期寿命。

  诺贝尔奖得主、美国宇航局反物质太空磁谱仪项目首席科学家丁肇中介绍说,“这一项目已开展了17年,共有16个国家600多名物理学家参与其中,这已成为一个重要国际合作项目。我们已经反复检测过多次以确保它能够正常工作。现在我们只在等待它的发射升空。”

  搜寻宇宙射线和反物质

  宇宙射线所携带的能量比任何人工粒子加速器能够产生的能量要高出数百万倍。因此,它们能够揭示出宇宙奥秘的点点滴滴,这是地球上任何实验都无法取得的成果。科学家们希望,通过分析宇宙射线,反物质太空磁谱仪能够解决大量现有最困惑的科学难题,如反物质星系是否存在,暗物质究竟是由什么组成的等。

  在物理学领域中,一个最困惑的谜团就是已知宇宙中的物质与反物质问题。如果反物质太空磁谱仪能够探测到反氦或更重的反物质元素,那么这将是反物质星系存在的强有力证据。反物质星系可能就是由大量的反物质恒星组成。

  物理学的另一大谜团就是暗物质问题。对于这种看不见、而且至今仍未确认事物的属性,科学家们仍然知之甚少,他们只能通过引力效应得知宇宙中有大量暗物质的存在。对于暗物质,一个最主要的候选者就是一种被称为“中性子”的粒子。如果中性子确实存在,当它们相互碰撞时,就会释放出大量的高能反电子,这种高能反电子就是反物质太空磁谱仪所要探测的对象。

  丁肇中表示,“在长期研究宇宙射线的过程中,这将是第一次以极高的精确度去完成探测任务。因此我们进入了一个新的领域,但我们确实不知道将会发现什么。”

  造价20亿美元的设备

  反物质太空磁谱仪最初是由丁肇中于1994年提出设计构想。该设备的目标就是在太空中研究宇宙射线,因为地球上的大气层是研究工作的主要障碍。丁肇中介绍说,“在太空中,有两种类型的粒子,一种是没带电荷的,也就是光线和微中子。在过去一个世纪中,我们对太空的理解主要基于太空中和地面上大量望远镜的观测数据。对于宇宙射线之类的带电粒子,由于它们带有电荷,因此它们肯定有质量。因为有质量,所以它们肯定会被地球大气层吸收。因此,必须要到太空中观测它们。”

  研究带电粒子上的电荷,需要一个磁铁。根据最初设计方案,反物质太空磁谱仪上安装的是一个超导磁铁,使用寿命为三年,直至冷却用的液态氦耗尽为止。丁肇中解释说,“当我们在一个模拟太空环境的热真空容器中测试这种超导磁铁时,发现它只能维持三年时间,否则就必须重新充液态氦。如果没有航天飞机,根本没法完成这一任务。因此,超导磁铁被取消。”科学家们决定使用永久性磁铁。不过永久性磁铁比超导磁铁要弱,因此敏感度也要降低30%。(彬彬)

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