中国牵头要解六大极端宇宙谜题

中国牵头要解六大极端宇宙谜题

思洁

对物质与宇宙的探索是人类文明的重大标志，解开六大极端宇宙谜题指：极端起源、极端能量、极端天体、极端引力、极端磁场和极端密度等六大研究方向的前沿科学问题。其实，这六大极端谜题都与“柯召-魏时珍猜想”即“庞加莱猜想外定理”的基础研究理论有关。

在2018年9月17日全国物理科普大会上，中科院高能物理所研究员张双南教授公布：中国科学家正在着手牵头“探索极端宇宙”国际大科学计划，该计划将通过两项卫星任务，解开六大极端宇宙谜题。

张双南教授说：过去50年里，人类研究了“无穷小”的粒子物理问题与“无穷大”的宇宙问题，逐步验证和完善了粒子物理标准模型和宇宙学标准模型。但在极端起源方面，宇宙大爆炸的极端过程产生的暗物质和普通物质的比例是大约6:1，目前却还没有发现暗物质粒子。在极端能量方面，高能宇宙线的能量比人造加速器的能量高至少一亿倍，但是其极端粒子加速的过程还不清楚。在极端天体领域，宇宙中的高能伽马射线源很可能是宇宙极端高能粒子加速器，但是目前的巡天研究还没有完全证认。

针对这三个问题，中国发起并领导了空间高能宇宙辐射探测设施（HERD）项目，以欧洲为主的约10个国家将参加并提供约三分之一的等价实物贡献。HERD项目计划于2025年安装在中国空间站上的空间天文和粒子天体物理实验，预计在轨运行10年以上。HERD将以最高灵敏度搜寻暗物质，探究宇宙线起源的世纪之谜，开展高灵敏度的高能伽马射线巡天和监视，并探索脉冲星导航的新体制。2018年5月HERD项目建议书，顺利通过由意大利空间局和中国科学院空间应用总体部组织的联合评审。评审组认为，HERD致力于解决前沿科学问题，其科学目标独一无二，载荷方案满足需求并具有2025年发射可行性，国际合作方案切实可靠。与此同时，增强型X射线时变与偏振空间天文台（eXTP）项目将重点研究另外三大待解之谜。

张双南教授说：在极端引力方面，黑洞提供了宇宙中最强的引力场，但是在这种极端引力条件下会发生什么现象还没有精确的观测结果。在极端磁场方面，中子星提供了宇宙中最强的磁场，但是在这种情况下真空涨落会产生什么还没有直接的观测结果。在极端密度方面，中子星内部的物质密度在宇宙中最高，但是其内部是由中子还是夸克物质组成的仍然是未解之谜。历经10年预研，eXTP的主要关键技术已有突破，它将通过观测一奇二星（黑洞、中子星和夸克星），理解三极端（引力、磁场和密度）物理规律。

HERD和eXTP都提出并且预研了超过10年，创新性强并且技术成熟度高，形成了国际合作团队并且长期开展了大量的合作，由这两个项目构成的国际大科学计划，很可能是中国有史以来发起并领导的、由最多的发达国家实质性贡献的、最大型国际合作科学项目。我国已经做好了2025年前发射的科学、技术和国际合作的准备。而且

卫星工程将由中国牵头，提供卫星平台、火箭和测控系统，建设地面支撑系统与科学应用系统。国外合作方，以提供部分地面站和科学数据中心的形式参与合作；中方与欧方将各牵头负责两个载荷。