尋找暗物質有新發現，地球可能自身就是一臺探測器

在許多科幻片中，我們都能聽到一個神祕的東西——暗物質。

正如它的名字所說的那樣，「暗物質」看不見又摸不着，真實身份仍然是個謎。但科學家們一直想方設法要「抓住」它，因爲解開這個謎，也許就能讀懂宇宙的深層祕密。

最近，一項新的研究提出了一種不同尋常的方法：不用造巨大的實驗裝置，依靠地球本身的磁場與大氣層，就能形成一個天然的暗物質「探測器」。是不是很神奇？下面就說說，科學家爲什麼會提出暗物質這一概念？地球又怎麼能當「探測器」？

宇宙中的「隱形人」：暗物質

暗物質的提出，要從科學家在觀測宇宙時，發現的一種怪現象說起——

宇宙裏有很多恆星、氣體雲等物質，它們聚在一起，就形成了像銀河系這樣的星系，這些星系都在繞着中心旋轉。

（這張由詹姆斯·韋布空間望遠鏡拍攝的圖像包含近80萬個星系，圖像上疊加了暗物質分布圖（藍色部分） 圖源：NASA）

現有理論認爲旋轉速度跟星系質量以及離星系中心的距離有關，在超出星系中心一定範圍之後，這些物質旋轉的速度會變慢。

但實際觀測的情況並非如此。超過一定範圍，不管這些物質離星系中心有多遠，旋轉速度都差不多。

排除測量誤差後，大部分科學家認爲理論沒錯，問題在於星系的實際質量應該比測到的物質質量要大得多。因爲只有這樣，才能產生足夠的引力，拉住高速旋轉的恆星，不讓它們飛出去。

爲了解釋這些多出來的質量，科學家大膽假設：宇宙裏可能有一種看不見的粒子，它不發光，也不反射、吸收或折射任何光，就像個宇宙裏的「隱形人」。這種神祕物質，就被稱爲暗物質。

地球也許就是暗物質「探測器」

假想中的暗物質「候選者」有多個，其中有兩個備受關注：軸子和暗光子。如果科學家捕捉到它們留下的微弱信號，就能順藤摸瓜找到暗物質存在的線索。近期，一個國際研究團隊便把目光放在了這兩個「候選者」上，提出地球本身的磁場與大氣層可構成一種暗物質「探測器」。

一般而言，想要捕捉軸子，需要依靠強大的實驗室磁場。但是，現有的暗物質探測器的尺寸和磁場覆蓋範圍有限，無法覆蓋整個宇宙。

（地球的磁場和大氣層可形成一個超輕暗物質的行星級探測器。來源：SciTechDaily網站）

此次研究團隊提出，在地球表面和電離層之間，存在一個特殊的「夾層」，這個夾層有可能像「大音響」一樣，幫助科學家放大兩個「候選者」的信號行蹤。

軸子的行蹤想要轉化成儀器能探測到的電波，還需要依靠地球天然的「大磁場」。研究團隊發現，在同一時間段內如果軸子產生信號，不同地點能夠檢測到的信號強弱不一。他們預測，東南亞地區可能靈敏度更高。而暗光子不依賴外部磁場，理論上信號會更均勻，在全球各地都可能被檢測到。

不過此次研究並未發現明確的軸子和暗光子信號，數據中出現若幹持續存在的候選信號，部分特徵與暗光子的理論預測相符，但是否確係暗物質信號，仍需進一步驗證。

雖然這次研究沒有破解暗物質之謎，也尚未得到主流科學界的廣泛認可。但它給了我們一個新思路：地球本身，也可能成爲一臺超級巨大的暗物質探測器。

中國也在探索暗物質

爲了揪出這個宇宙中的「隱形人」，中國科學家也布下了「上天入地」的天羅地網。

2015年，我國首顆暗物質粒子探測衛星「悟空」號發射升空，如今它已在太空工作了十多年，主要任務是探測宇宙中高能粒子的方向、能量以及電荷大小來間接尋找和研究暗物質粒子。

如果說「悟空」號是「上天」去尋找暗物質線索，那麼在四川錦屏山下的中國錦屏地下實驗室，就是「入地」捕捉暗物質。

（地球的磁場和大氣層可形成一個超輕暗物質的行星級探測器。來源：SciTechDaily網站）

2010年12月，中國錦屏地下實驗室（一期）建成投運。2020年，可用空間達33萬立方米的實驗室二期項目開工建設，在這裡，科學家幾乎隔絕了所有來自宇宙的「噪聲」，給捕捉暗物質創造了一個極其安靜的環境。

除了「上天」和「入地」，中國科學家還在探索第三種路徑——用量子技術「監聽」暗物質。

今年1月，中國科學技術大學彭新華教授和江敏教授團隊在《自然》雜誌上發表了一項成果，他們革新核自旋量子精密測量技術，成功搭建國際首個基於原子核自旋的量子傳感網絡，讓暗物質探測靈敏度實現質的飛躍。

或許有一天，我們真的能夠捕捉到暗物質，也有可能，暗物質的假說會被證僞，但無論怎樣，都是人類在探索宇宙中邁出的一大步。