宇宙的深邃远超想象。在繁星与星系的光芒背后,现代天文学揭示了一个惊人的事实:人类所能观测到的普通物质仅占宇宙总量的5%,而剩下的95%是暗物质(27%)和暗能量(68.3%)构成的“黑暗面”。
这两者从未被直接观测,却支配着宇宙的结构与命运——暗物质如宇宙的“隐形骨架”维持着星系稳定,暗能量则以神秘力量推动宇宙加速膨胀。
为揭开这重遮蔽人类认知的终极面纱,中国科学家以一系列开创性工程发起挑战,踏入了前所未有的探索之境。
2015年12月,一颗名为“悟空号”的暗物质粒子探测卫星划破苍穹。作为中国首颗天文卫星,它的诞生本身就是一个“从0到1”的传奇。
此前中国从未建造过太空暗物质探测器,团队缺乏航天经验,主要参研单位中甚至多为“航天新兵”。
面对技术真空,首席科学家常进院士提出颠覆性构想:“把地面加速器搬到天上,再将探测器做大一点”。
这一思路虽被质疑“过于超前”,却直击宇宙线研究的核心优势——宇宙射线的能量可达地表加速器的1亿倍以上,堪称“天然的超级实验室”。
然而,其研制过程充满荆棘。首先就是材料关,团队成功攻克600mm长BGO晶体生长这一世界难题,造出全球最长的锗酸铋晶体探测器。
其次是信号关,在7万路信号中实现“大海捞针”级的粒子鉴别,精度堪比“在2000万人口城市中准确找出20人且无一认错” 。
最后就是,测试关,完成探测器上天前的“千锤百炼”,仅用4年就突破所有载荷研制
付出终获回报。2017年,“悟空号”首次观测到电子宇宙线能谱在1.4 TeV处的异常拐折,这一暗物质可能存在的关键证据发表于《自然》杂志,入选“2018年度中国十大科学进展”。
至今它仍在轨运行,每日捕获500万个高能粒子,持续刷新人类对深空的理解边界。
当“悟空”巡天之际,贵州群山之巅,另一只“眼睛”正凝视宇宙——500米口径球面射电望远镜(FAST),被誉为“中国天眼”。其灵敏度超越美国阿雷西博望远镜2.5倍,成为全球最灵敏的单口径射电望远镜。
天眼的诞生源于南仁东22年的坚守。1994年他提出设想时,国际学界几乎无人看好。为选址,他携带300多幅遥感图,徒步穿越西南险峻山区。
一次勘探中遭遇山洪,他靠救心丸攀回垭口,立誓“找不到洼地,死不瞑目!”。技术攻坚更为艰辛。
索网结构,经历近百次失败,研发出世界首例抗500兆帕应力幅的超高强度钢索,支撑起跨度与精度空前的主动反射面。
调试创新,开发反射面安全评估系统,实现“数字孪生”式实时监控,保障全天候运行。
2016年落成后,天眼以惊人效率拓展人类视野。
脉冲星发现,已探测超1000颗新脉冲星,超同期国外总和,其中包含轨道周期仅53分钟的双星系统(全球最短)。
黑洞研究,首次在射电波段捕捉到微类星体GRS 1915+105的“脉搏”——亚秒级低频准周期振荡。
引力波突破,2025年探测到纳赫兹引力波关键证据,使中国同步达到该领域世界领先水平。
南仁东虽于2017年病逝,但以他命名的小行星(79694号)永耀星空。他留下的“天眼”仍在聆听宇宙深处,为人类破解暗物质分布提供不可替代的数据支持。
与仰望星空的望远镜互补,中国科学家将目光投向大地深处。四川锦屏山地下2400米,坐落着全球最深的极深地下实验室——中国锦屏地下实验室。这里宇宙射线通量仅为地表的亿分之一,是探测暗物质的理想“净土”。
实验室的诞生源于一次跨界合作。2008年锦屏水电站隧道贯通,清华大学立即意识到其科学潜力。
但隧道建设曾遭遇1200多次岩爆与突涌水,在此扩挖实验室风险极高。国投集团雅砻江公司毅然支持,工程团队以三项创新化解难题。
抑氡工艺,首创多层复合结构屏蔽岩体辐射,将氡气浓度降至极限。
超纯材料,探测器核心区材料放射性核素含量 <10微贝克/公斤,比医用纯净水标准高百万倍。
智能建造,所有设备定制生产,每批次材料经低本底辐射检测。
2010年一期投用后,上海交大PandaX、清华CDEX等团队相继入驻。2024年二期建成,空间从4000立方米扩至30万立方米,成为多学科交叉的国际平台。
暗物质探测,PandaX实验对弱相互作用大质量粒子(WIMP)的灵敏度达国际前列。
核天体物理,建成世界最强流深地加速器,精确测量恒星演化关键反应——“圣杯反应”12C(α,γ)16O。
这座“地心宫殿”为中国实现从暗物质研究“跟跑、并跑到领跑”的跨越提供了核心支撑。
从悟空号刺破暗物质迷雾,到中国天眼洞穿百亿光年;从锦屏地心实验室逼近粒子探测极限,到天问二号向深空进发。
这些“大国重器”背后,是南仁东22年踏遍群山的执着,是常进甘坐冷板凳的笃定,是**锦屏建设者对抗岩爆的智慧,更是十万科研人无声的接力。
暗物质与暗能量的本质,仍未被完全揭示。但中国的探索已重塑国际科研版图:悟空号的电子宇宙线异常、天眼的纳赫兹引力波证据、锦屏的圣杯反应测量,正为ΛCDM宇宙模型注入新解。
正如普林斯顿天文学家斯伯格所言:解开宇宙黑暗面之谜,或需“广义相对论级的新理论”。
而中国科学家在地下、地面与太空构筑的立体网络,正在为这场认知革命积累决定性力量。当人类最终触及黑暗核心时,中国方案的光芒必将闪耀其中。