戴志勇 姚俊峰

【人物名片】 常進(jìn)，1966年7月出生，江蘇泰興人，長(zhǎng)期從事空間伽馬射線和高能帶電粒子探測(cè)技術(shù)研究，我國(guó)空間天文學(xué)學(xué)術(shù)帶頭人之一，在暗物質(zhì)粒子空間探測(cè)、空間天文觀測(cè)設(shè)備研制、數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域作出系統(tǒng)性、開(kāi)創(chuàng)性貢獻(xiàn)。現(xiàn)任中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)、中國(guó)科學(xué)院暗物質(zhì)與空間天文重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院院長(zhǎng)、“悟空”號(hào)暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星首席科學(xué)家、南京歐美同學(xué)會(huì)常務(wù)副會(huì)長(zhǎng)，2019年當(dāng)選中國(guó)科學(xué)院院士。

什么是暗物質(zhì)？一個(gè)“暗”字道出本質(zhì)，即看不見(jiàn)的物質(zhì)，它由引力觀測(cè)證實(shí)其存在，卻從未被直接觀測(cè)到?？茖W(xué)家估算，宇宙中包含5%的普通物質(zhì)，它們組成了包括地球在內(nèi)的星系、恒星、行星等發(fā)光和反光物質(zhì)，其余95%是看不見(jiàn)的暗物質(zhì)和暗能量。

時(shí)至今日，人類(lèi)從天文學(xué)觀測(cè)中推斷暗物質(zhì)的存在已經(jīng)有80多年的歷史，通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)探測(cè)暗物質(zhì)粒子已經(jīng)有30多年的歷史。在我國(guó)，有這樣一位科學(xué)家，他通過(guò)近30年的不懈奮斗使我國(guó)在暗物質(zhì)探測(cè)實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域走在世界前列，他就是常進(jìn)。

仰望星空

常進(jìn)，泰興市河失鎮(zhèn)常周莊一個(gè)普通農(nóng)家子弟，1984年畢業(yè)于泰興中學(xué)，高考以?xún)?yōu)異的成績(jī)考入中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)近代物理系。1984年至1992年，在中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)就讀本科、碩士。1992年畢業(yè)后，他到中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)參加工作。當(dāng)時(shí)中國(guó)空間天文事業(yè)發(fā)展已經(jīng)嚴(yán)重滯后。上個(gè)世紀(jì)70年代末，紫金山天文臺(tái)曾經(jīng)組織研制一顆天文衛(wèi)星，但那時(shí)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展艱難，科研經(jīng)費(fèi)不足，只好中途下馬。常進(jìn)所能做的就是整天泡圖書(shū)館，認(rèn)真研究國(guó)際上所有高能天文衛(wèi)星資料。

1992年9月，中國(guó)政府決定實(shí)施載人航天工程，這為我國(guó)的空間天文事業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了難得的機(jī)遇。1995年常進(jìn)開(kāi)始研究高能電子和伽瑪射線探測(cè)，當(dāng)時(shí)這項(xiàng)研究在國(guó)際上也是剛剛起步。當(dāng)時(shí)，他每天都在琢磨一個(gè)問(wèn)題：如何尋找巧妙的方法，加快國(guó)家空間天文事業(yè)的發(fā)展，讓它走在世界前列？他在實(shí)驗(yàn)室里埋頭干了3年，發(fā)現(xiàn)進(jìn)步不大。1998年，常進(jìn)被派往德國(guó)學(xué)習(xí)深造。在德國(guó)，他實(shí)現(xiàn)了空間天文觀測(cè)方法的突破，采用高能量分辨的薄探測(cè)器探測(cè)高能電子和伽馬射線，還能大大減少探測(cè)器的體量和成本。恰巧這個(gè)時(shí)候，美國(guó)實(shí)施一個(gè)氣球探測(cè)太空項(xiàng)目，把氣球放到南極高空觀測(cè)宇宙射線。常進(jìn)經(jīng)過(guò)仔細(xì)研究后，認(rèn)為如果采用新的方法，氣球上的探測(cè)器也可以觀測(cè)高能電子和伽馬射線。為了說(shuō)服美國(guó)科學(xué)家，常進(jìn)坐飛機(jī)飛往美國(guó)，來(lái)到美國(guó)實(shí)驗(yàn)室，美方要求常進(jìn)在計(jì)算機(jī)上算出探測(cè)器各種參數(shù)。那時(shí)，他沒(méi)有筆記本電腦，所有的數(shù)據(jù)和程序都在自己的辦公室里。他從零開(kāi)始，將自己所有的想法編成程序，把各種參數(shù)計(jì)算出來(lái)，再同實(shí)驗(yàn)進(jìn)行核對(duì)驗(yàn)證。經(jīng)過(guò)近36個(gè)小時(shí)的“攻堅(jiān)戰(zhàn)”，美國(guó)科學(xué)家認(rèn)可了常進(jìn)的方法，同意將南極氣球?qū)嶒?yàn)的數(shù)據(jù)交給他作電子能譜相關(guān)分析。

2000年底到2001年初，美國(guó)實(shí)驗(yàn)氣球在南極升空，在離地面37公里的高空完成了人類(lèi)對(duì)TeV高能電子和伽馬射線的首次成功觀測(cè)。常進(jìn)說(shuō)：“氣球試驗(yàn)是我進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域最關(guān)鍵的一步?！薄耙肟吹酶宄?，弄清楚這些電子的來(lái)源，必須到太空去探測(cè)?！?001年至2010年這十年的時(shí)間里，常進(jìn)參與了國(guó)家載人航天工程，先后為神舟二號(hào)、嫦娥一號(hào)、嫦娥二號(hào)等成功研制伽瑪射線譜儀。他還做了一顆小型的暗物質(zhì)粒子探測(cè)器，搭載在實(shí)踐衛(wèi)星上，完成了很多技術(shù)檢驗(yàn)。常進(jìn)對(duì)收集來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了仔細(xì)分析，發(fā)現(xiàn)宇宙射線中高能電子的異常。2008年，常進(jìn)作為第一作者在國(guó)際權(quán)威雜志《自然》上發(fā)表論文《宇宙電子在3000-8000億電子伏特能量區(qū)間發(fā)現(xiàn)“超”》，該論文開(kāi)啟了通過(guò)正負(fù)電子精確觀測(cè)尋找暗物質(zhì)的熱潮，論文發(fā)表第一年即被引用400多次，目前美國(guó)、日本科學(xué)家也采用了常進(jìn)的方法。

鯤鵬飛天

2015年12月，我國(guó)在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功將暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星“悟空”號(hào)發(fā)射升空，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)天文衛(wèi)星零的突破，被《自然》雜志譽(yù)為開(kāi)啟了中國(guó)空間科學(xué)新時(shí)代。從2011年12月，暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星立項(xiàng)，到2015年發(fā)射升空，中國(guó)僅僅用了四年的時(shí)間?！拔蚩铡碧?hào)暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星采用了常進(jìn)的新探測(cè)技術(shù)，研制費(fèi)用僅為同類(lèi)的美國(guó)費(fèi)米衛(wèi)星的1/7，國(guó)際空間站阿爾法磁譜儀2號(hào)的1/20。該衛(wèi)星工作能段寬，能量分辨率高，鑒別粒子的本領(lǐng)強(qiáng)，兼具“看得遠(yuǎn)”和“看得準(zhǔn)”兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)，性能指標(biāo)世界領(lǐng)先，在中科院組織的衛(wèi)星評(píng)審中，獲得滿分。

當(dāng)“悟空”號(hào)發(fā)射成功時(shí)，很多人都?xì)g欣鼓舞，甚至有人喜極而泣，而常進(jìn)卻異常平靜。作為該項(xiàng)目的首席科學(xué)家，他想的是衛(wèi)星的研制和上天即使再成功，如果不出科研成果，這還是一顆失敗的衛(wèi)星。幾個(gè)月后，當(dāng)他在火車(chē)上第一次看到自己的團(tuán)隊(duì)根據(jù)衛(wèi)星探測(cè)數(shù)據(jù)繪制出伽馬射線天圖時(shí)，他的眼淚再也控制不住，因?yàn)檫@張圖表明探測(cè)器是成功的，沒(méi)有辜負(fù)那么多人的希望。

“悟空”號(hào)在距地面500公里的太陽(yáng)同步軌道上每天繞地球15圈。2017年以來(lái)，“悟空”號(hào)相繼在電子、質(zhì)子、氦核宇宙線探測(cè)方面取得突破性進(jìn)展，標(biāo)志著我國(guó)空間高能粒子探測(cè)研究已躋身世界最前列。目前，“悟空”號(hào)在軌運(yùn)行近6年，共采集了超過(guò)100億顆高能宇宙射線?；谶@些數(shù)據(jù)，科研人員成功獲取了國(guó)際上精度最高的電子宇宙射線能譜，該能譜將有助于發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)存在的蛛絲馬跡。

引領(lǐng)未來(lái)

在探索未知宇宙的過(guò)程中，常進(jìn)總是不斷地燃燒起自己的斗志與精力，千淘萬(wàn)漉，狂沙吹盡，唯留下醉心于科研的赤子之心。多年的付出與努力，他獲得了回報(bào)，先后榮獲2004年國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)（第4完成人）、2012年國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)（獨(dú)立完成人）、2012年國(guó)家科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)（第40完成人）、2017年全國(guó)創(chuàng)新?tīng)?zhēng)先獎(jiǎng)狀、2018 年何梁何利科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)（天文學(xué)獎(jiǎng)）、2018年中國(guó)天文學(xué)會(huì)張鈺哲獎(jiǎng)、2018年中國(guó)科學(xué)院杰出科技成就獎(jiǎng)、2018 年中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展、2019年（首屆） 中國(guó)空間科學(xué)學(xué)會(huì)科技獎(jiǎng)等榮譽(yù)。暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星項(xiàng)目先后兩次入選習(xí)總書(shū)記新年賀詞，并入選黨的十九大報(bào)告。

仰望星空，未知永遠(yuǎn)存在。如果把21世紀(jì)現(xiàn)代物理學(xué)和天文學(xué)比作“晴朗的天空”，那么暗物質(zhì)就是天空中的“一朵烏云”。雖然它來(lái)無(wú)影、去無(wú)蹤，但科學(xué)家們堅(jiān)信，揭開(kāi)暗物質(zhì)之謎，將是繼哥白尼的日心說(shuō)、牛頓的萬(wàn)有引力定律、愛(ài)因斯坦的相對(duì)論以及量子力學(xué)之后，物理學(xué)的又一次革命性突破。屆時(shí)，人類(lèi)對(duì)物質(zhì)、時(shí)空和宇宙起源等基本問(wèn)題將會(huì)有更深的認(rèn)識(shí)。

諾貝爾獎(jiǎng)獲得者丁肇中先生說(shuō)過(guò)：“沒(méi)有人知道誰(shuí)是第二個(gè)發(fā)現(xiàn)相對(duì)論的人?！被A(chǔ)研究競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，偉大的發(fā)現(xiàn)只有第一，沒(méi)有第二。常進(jìn)總是反復(fù)強(qiáng)調(diào)：我們是和世界上最頂尖的科學(xué)家競(jìng)爭(zhēng)，只有肯吃苦，比他們多花幾倍的時(shí)間和精力，才有可能實(shí)現(xiàn)超越。常進(jìn)說(shuō)：“新的一年，衛(wèi)星在繼續(xù)積累高能電子、伽馬射線探測(cè)數(shù)量的同時(shí)，會(huì)把分析重點(diǎn)放到超高能宇宙線粒子上來(lái)，力求盡快解開(kāi)宇宙中的粒子加速之謎?！背＿M(jìn)表示：“目前悟空衛(wèi)星各項(xiàng)指標(biāo)還保持剛發(fā)射時(shí)的完美狀態(tài)，預(yù)計(jì)未來(lái)我們還有系列重要成果發(fā)表。下一步我們將研發(fā)新一代暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星，該衛(wèi)星預(yù)計(jì)重達(dá)10噸，計(jì)劃于2026年前后發(fā)射，是世界上極少的重型科學(xué)衛(wèi)星之一，其對(duì)伽馬射線的探測(cè)靈敏度大幅領(lǐng)先國(guó)際同類(lèi)設(shè)備，一旦投入使用將引領(lǐng)世界暗物質(zhì)間接探測(cè)研究以及高能時(shí)域天文研究，做出重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)?！?/p>

我們期待，常進(jìn)院士主導(dǎo)研制的新一代暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星刺破蒼穹，用“火眼金睛”撥開(kāi)天空中的那朵“烏云”，還我們一個(gè)更加清晰的宇宙。（責(zé)編? 董西飛）