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暗物质粒子探测卫星（英文：Dark Matter Particle Explorer，缩写：DAMPE）是*空间科学战略性先导科技专项中*立项研制的4颗科学实验卫星之一，是目前世界上观测能段范围宽、能量分辨率的暗物质粒子探测卫星。

DAMPE是一个空间望远镜，有效载荷质量1410公斤，它可以探测高能伽马射线、电子和宇宙射线。它由一个塑料闪烁探测器、硅微条、钨板、电磁量能器和中子探测器组成。DAMPE的主要科学目标是以更高的能量和更好的分辨率来测量宇宙射线中正负电子之比，以找出可能的暗物质信号。它也有很大潜力来加深人类对于高能宇宙射线的起源和传播机制的理解，也有可能在高能γ射线天文方面有新发现。 [1] 

2015年12月17日8时12分，我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将暗物质粒子探测卫星“悟空”发射升空。它具有能量分辨率高、测量能量范围大和本底抑制能力强等优势，将中国的暗物质探测提升至新的水平。 [2] 

中科院紫金山天文台2016年12月29日通报，暗物质粒子探测卫星“悟空”近两个月内频繁记录到来自超大质量黑洞CTA 102的伽马射线爆发。这是暗物质卫星科研团队自卫星上天后*发布观测成果。“悟空”观测到的现象表明，黑洞CTA 102正经历新一轮活跃期。

卫星简介

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暗物质粒子探测卫星(5张)

“暗物质粒子探测卫星”计划属于*“空间科学战略性先导科技专项”，由*紫金山天文台暗物质与空间天文研究部、中国科学技术大学、*近代物理研究所和*高能物理研究所等合作研发。 [6] 

“悟空”是目前世界上观测能段范围宽、能量分辨率优的暗物质粒子探测卫星，超过上所有同类探测器。它将在太空中开展高能电子及高能伽马射线探测任务，探寻暗物质存在的证据，研究暗物质特性与空间分布规律。

卫星组成

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主要目的：寻找暗物质粒子，研究暗物质特性与空间分布规律，探寻宇宙射线起源并观测高能伽马射线，有望在物理学与天文学前沿带来新的重大突破。 [7] 

主要本领：测量高能粒子的能量、方向和电荷，以及鉴别粒子的种类。

主要构成：塑闪阵列探测器（PSD），硅阵列探测器（STK）、电磁量能器（BGO）、中子探测器。

PSD用作反符合，由两层塑料闪烁体条组成；STK由6个径迹双层，每个由正交摆放的两个单面硅条组成；有三层钨板厚度分别为1cm、2mm、2mm，，插在硅微条的第2、3、4层前面，用作光子转换；BGO有14层，每层22根，相邻两层正交排列，用来测量射线的能量；中子探测器加在量能器的底部。BGO量能器和STK总共大约33个辐射长度，是空间里深的量能器。 [1] 

各自作用：

塑料闪烁体探测器：区分电荷。电子和光子打进来，是不同的。

Si阵列探测器：测量宇宙线的方向和电荷。

BGO量能器：较为重要，测量宇宙线的能量。

中子探测器：区分质子和电子。

同时，不同能量产生的簇射的大小也不同。

DAMPE可以以*的灵敏度和能量范围探测电子，光子和宇宙射线（质子和重离子）。对于电子和光子，探测范围是5GeV-10TeV，在800GeV的能量分辨率为1%。对于宇宙射线，探测范围为100GeV-100TeV能区，在800GeV的能量分辨率优于40%。对于电子和光子，几何因子是约0.3 mSR，对于宇宙射线大约0.2 mSR。100 GeV的角分辨率为0.1°。 [1] 

科学目标

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一是暗物质间接探测，也是主要的；二是寻找宇宙射线的起源；三是伽马射线天体物理。 [8] 

探测原理

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悟空(6张)

1.什么是高能宇宙射线？

指的是来自宇宙中具有相当大能量的带电粒子流，1912年由德国科学家韦克多?汉斯发现。他制作了一个电离室，用于测量空气中的电离度（空气中的带电粒子数量）。同时期也有其他的科学家制作电离室，汉斯的创新之处在于，他将电离室放在热气球上，这样在放飞前，能测量出地面的电离度，放飞后，能测量出不同海拔高度的电离度。而汉斯的测量结果显示：海拔越高，电离度越大。

这说明带电粒子并不是地球产生的，否则不会越远离地面，电离度越高。也就是说，宇宙空间会产生带电粒子，再打到地球上。

宇宙线产生后，在银河系传播的过程中，有一定的几率逃脱银河系，跑到宇宙空间去，这样宇宙线的能量就会越来越低。但实际上宇宙线的能量是比较稳定的。这是因为宇宙线有源头，宇宙线的源头一般认为是超新星的爆发。当超新星爆炸的时候，会将自身的高能量粒子，例如氢核、氦核，以非常高的速度抛射到星系空间中。

2.为什么测量高能宇宙射线有可能发现暗物质？

宇宙线的源头一般认为是超新星爆发，而如果暗物质存在的话，暗物质湮灭的时候产生的宇宙线，就成为了宇宙线的额外来源，这时候探测到的宇宙线会不同于标准模型，多出来的一部分可能来源于暗物质湮灭或者衰变，对这多出的一部分进行探测，就是暗物质的间接探测。由诺贝尔物理学奖获得者丁肇中主持的AMS项目中的暗物质粒子探测卫星AMS-2，就是应用的这一原理。我国的暗物质粒子探测卫星也是一个宇宙线探测器，就是应用这类机制来探测暗物质。 [8] 

性能与结构

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空间探测宇宙线主要测量宇宙线粒子的电荷、能量和入射方向，其中测量电荷包括电荷的大小与正负。电荷正负的测量是困难的，必须借助于磁场才能实现。磁谱仪可以测量宇宙线在其磁场中的偏转，进而判定入射宇宙线的电荷。磁谱仪造价昂贵，现在仍在空间运行的探测器只有AMS-02。Fermi-LAT、CALET和DAMPE这3个探测器都利用量能器来测量宇宙线的能量，而不测量电荷的正负。DAMPE即“悟

结构示意图(2张)

 空”是*1个空间高能粒子探测器，经过征名活动，终命名为“悟空”，寓意用《西游记》中火眼金睛的悟空寻找难以察觉的暗物质存在的证据。“悟空”已于2015年2月17日发射升空，是世界上迄今为止观测能段范围宽、能量分辨率的空间探测器，其观测能段是空间站阿尔法磁谱仪的10倍，能量分辨比同类探测器高3倍以上。目前在轨运行状态稳定，数据*地获取了大量数据。DAMPE是以中国为主，瑞士和意大利参与共同研发完成的。DAMPE主要探测电子宇宙射线、高能伽玛射线和高达Pe V的核素宇宙射线。它具有能量分辨率高,测量能量范围大和本底抑制能力强三大优点。设计指标如表1所示。DAMPE的性能优势和它的结构设计紧密相关。暗物质粒子探测卫星的探测器由4部分组成，分别是：塑闪阵列探测器、硅阵列探测器、BGO量能器以及中子探测器。

塑闪阵列探测器的主要功能是测量入射宇宙线的电荷以区分不同核素，也有可区分高能电子和伽玛射线。高能带电粒子在穿过塑料闪烁体时，通过电离和发射辐射(光子)的方式损失能量。沉积的能量转化为荧光，被两端的光电倍增管转化为电信号，经打拿级放到后读出。塑闪阵列探测器主要由兰州近代物理研究所负责研制。硅阵列探测器的主要功能是测量入射宇宙线粒子的方向和电荷。硅阵列探测器由6大层硅微条探测器上下层叠排布而成。同时在第1/2、2/3和3/4层之间各有一块钨板。高能光子在穿过钨板时以较高的概率转化为正负电子对。所以光子和电子在量能器中的信号是*的。如果在*层没有记录到带电粒子的信号,但在下面几层记录到信号,则入射粒子为伽玛射线。硅阵列探测器是由*高能物理研究所、日内瓦大学、佩鲁贾大学等单位共同研制的。BGO量能器是探测器核心的组成部分,其功能是测量宇宙线粒子的能量，并可区分宇宙线中电子与质子。BGO晶体是一种无色透明的没有激活剂的纯无机闪烁体,是核物理实验中常用的一种闪烁体材料。暗物质粒子探测卫星所使用的BGO晶体是由上海硅酸盐研究所专门设计开发的。BGO量能器的数据读出系统有高达8万路的电子学信号通道（也就是整个探测器有8万路电子信号输出；而且这8万条电子学信号通道要在1 m3这样小的范围内布局完成，难度很大）。 [2] 

中子探测器测量的是宇宙线粒子在探测器上面3层中产生的次级中子。高能电子主要是电磁簇射，产生的中子数目很少，但是质子和其他核素还会发生强子簇射，从而产生大量的高能中子。根据这种效应,可以进一步区分宇宙线的电子和质子。中子探测器主要由*紫金山天文台负责研制