悟空号重大发现：揭秘宇宙射线起源的科学突破

宇宙射线起源之谜：“悟空”号卫星取得关键突破

来源：光明日报

地球时刻处于一场无形的“粒子暴雨”之中。来自深空、接近光速的宇宙射线持续轰击大气层，但其精确的起源与加速机制，是困扰高能天体物理学的百年难题。中国“悟空”号暗物质粒子探测卫星的最新观测数据，为破解这一谜题提供了决定性线索：宇宙射线加速源存在明显的“电荷依赖性”——粒子携带的电荷数越高，其被加速所能达到的能量上限也越高。这项研究成果已于4月29日在《自然》期刊正式发表。

宇宙射线主要由质子、氦核及更重的原子核组成。通过测量不同能量区间的粒子流量，科学家可以绘制出宇宙射线能谱。这条能谱的精细结构，尤其是其在高能段的形态变化，是追溯粒子源头和加速过程的关键物理指纹。然而，受限于探测器的能量范围和粒子鉴别能力，此前对高能段能谱的测量始终分辨率不足，关键细节长期缺失。

“悟空”号卫星改变了这一局面。由中国科学院常进院士领导的研究团队，系统分析了卫星在轨前九年收集的约185亿个高能粒子事例，首次实现了对质子、氦、碳、氧、铁这五种丰度最高粒子的宽能段、高精度能谱测量。数据分析揭示了一个共性特征：所有五种粒子的能谱在高能段均出现了一个显著的“隆起”结构，即“鼓包”。

此次测量的突破性意义在于，“悟空”号将碳、氧、铁核素的有效观测能段向上扩展了近一个数量级。正是这种对超高能区的直接探测能力，使得此前隐藏的“鼓包”结构清晰显现。

进一步的定量分析得出了更深刻的物理规律：该“鼓包”对应的特征能量与粒子电荷数（Z）呈正比，而与粒子质量无关。结合宇宙射线各向异性的观测数据，研究团队推断，这一“鼓包”标志着某个邻近地球的宇宙射线加速源（可能为超新星遗迹等）的加速极限。该源的加速能力严格遵循电荷依赖原则。

这一发现为著名的“彼得斯循环”理论提供了首个坚实的实验证据。该理论由丹麦物理学家B. Peters于1961年提出，预言在银河系磁场的约束下，宇宙射线粒子的最大加速能量正比于其电荷数。“悟空”号凭借其卓越的粒子鉴别本领和宽能区覆盖，首次直接观测到了这一预言中的关键信号。

“悟空”号卫星的长期稳定运行，是取得此项成果的基础。这颗于2015年发射的卫星，设计寿命仅3年，但目前已超期服役超过10年，探测器性能依然保持良好状态，持续积累着更高统计量的科学数据。随着观测时间的延长，这只探测宇宙的“火眼金睛”有望最终锁定宇宙射线的具体源头，彻底解开其百年身世之谜。

《光明日报》（2026年05月02日 03版）