今年9月，我国首颗天文卫星“悟空”号发布有关宇宙线的最新成果--通过对高能段宇宙线质子的精准测量，发现宇宙线存在明显的能谱“拐折”。

　　作为“悟空”号的科学应用系统副总设计师，范一中长期从事暗物质间接探测、引力波天文、高能天体物理的研究，并取得丰硕成果。10月17日，南京市十大“科技之星”评选结果揭晓，范一中获得第十三届南京市“十大科技之星”称号。

　　半路出家从地理转向天文

　　范一中曾长期学习测绘工程，本可成为一名著名的测绘专家。但在读完霍金的《时间简史》后，他改变了想法。“测绘主要是跟地球打交道，读完这本书后感觉地球还是太小了，我想研究整个宇宙。”范一中笑言。

　　2000年，范一中报考了南京大学天文系的硕士研究生。跨专业考研非常辛苦，由于之前没有系统学过物理，考研期间完全靠自学，经过充分的准备，范一中以第一名的成绩被南大天文系录取，从此正式开启了仰望星空的研究生涯。在南大攻读硕士学位期间，由于是从测绘转入一个全新的专业，一开始，范一中学得也很吃力，在导师戴子高教授和吴雪峰等同学的悉心指导、帮助下，他拿出比考研时还要拼搏的劲儿，几乎天天都睡在办公室里。三年潜心苦读下来，终于补齐了短板，2003年夏天，范一中考入紫金山天文台师从韦大明研究员继续从事伽玛暴研究。当时美国的伽玛暴卫星Swift发射在即，范一中在导师的指导下抓住时机发表了多篇论文来预言观测结果，这些工作为他赢得了2004年的中科院院长奖特别奖。

　　2012年，范一中成为“悟空”号的科学应用系统副总设计师，并负责带领科学团队。经过长期的努力，团队实现了中国天文卫星零的突破并取得了重要的观测成果。半路出家的他，凭着坚强的毅力和对未知世界的执着，不断挑战自我，成功实现了从测绘工程到天文学再到空间粒子探测的巨大跨越，在伽玛暴物理、引力波天文、暗物质间接探测领域取得了丰硕成果。

　　潜心研究探索宇宙暗物质

　　2010年，范一中接到紫金山天文台“暗物质粒子探测卫星”（悟空号）团队发出的邀请。当时他在美国内华达州立大学拉斯维加斯分校做访问学者，仍在继续伽玛暴物理研究。暗物质是一个陌生的研究领域，而伽玛暴物理研究当时是一个高产的领地，接受暗物质团队抛来的“绣球”就意味着研究方向从零开始。“我心里其实并无把握，因为毕竟没有系统接受过扎实的物理训练。但我决定直面这一挑战。”范一中常常对他的研究生们强调“熟悉的地方没有风景”。2010年4月，范一中正式加入常进研究员领衔的“暗物质粒子探测卫星”项目并负责科学团队。

　　团队的建设异常艰难。开局之年的每个日夜，范一中都在绞尽脑汁，一方面是竭尽所能去引进相关领域的研究骨干，另一方面是挖掘已有人手的全部潜能去开展工作，在实战中成长。现在已经是悟空号数据处理核心专家的李翔博士还记得2013年那个难忘的春节：大年初一，范一中通过电话、邮件和他们交流暗物质研究，兴奋地告诉他们，他在大年三十晚终于把一个公式给推导出来了。大年初三那天，范一中和他以及冯磊博士就交流了43封邮件。在学生和同事眼中，范老师对科学总是充满了热情。给他发邮件，不超过一个小时就回复，哪怕在周末晚上也是这样。范一中经常会迸发出一些奇思妙想，每当脑袋里出现了什么新的想法，总是会非常兴奋地和大家分享讨论，即便在晚上或是周末，甚至凌晨三四点钟，团队成员也经常会收到范一中的工作邮件。范一中曾直言：“我觉得寻找暗物质这个事情可能是我也许这一辈子能够做的最酷的一件事情，其实世界上没有任何一个专家能够明确地告诉你应该到哪里去找暗物质、应该怎么去找暗物质。所以说这件事情特别具有挑战性，而我喜欢挑战。”

　　2015年12月17日“悟空”号顺利升空，每天探测到约500万个粒子。这是中国的首颗天文卫星，作为科学团队负责人的范一中很是自豪，但是压力也随之剧增。2016年与2017年的几乎每个周末，紫金山天文台的科学团队都会与中国科大研究组展开深入讨论。除了实时了解卫星数据处理的进展并献计献策，范一中和他的同事袁强、冯磊还负责对数据进行物理解读。

　　精准观测“悟空”号太空“寻妖”

　　“悟空”号卫星的三大科学目标是间接探测暗物质粒子、破解宇宙线起源和传播谜题、研究伽马射线天文现象。目前国外正在进行的主要相关实验项目有著名物理学家丁肇中领导的阿尔法磁谱仪、费米卫星以及量能器电子望远镜。由于采用了常进研究员自主发展的电子探测技术，“悟空”号尽管耗资显著低于其他相关实验，但在电子宇宙线探测方面的性能世界领先，实现了对高能电子、伽马射线的“经济实用型”观测。

　　2017年底，“悟空”号的首批科学成果发布，获得了世界上最精确的TeV电子宇宙射线能谱，引发了学界的广泛关注。今年，“悟空”号又探测到了质子宇宙射线的一处能谱“拐折”。“宇宙线已经发现100多年了，科学家们曾长期认为在很宽的能段范围内的宇宙射线流量随能量是匀速下降的。”范一中解释，“直到2011年，欧洲的实验才发现在约3000亿电子伏特处质子宇宙射线的流量随能量的降低开始显著的‘变慢’，这表明我们原有的宇宙线物理认识是不完善的，需要修改。为了更好地揭示其背后的物理原因，科学家需要知道该‘变慢’是一直持续，还是在某个地方会终止。”由于“悟空”号具有观测能段范围宽、粒子鉴别能力优这两项核心技术优势，此次“悟空”号首次观测到了宇宙射线能谱在约14万亿电子伏特处的“拐折”，也就是更高能段的质子宇宙线流量随能量的衰减又“变快”了。

　　此次的质子宇宙射线能谱测量，其最高能段比阿尔法磁谱仪高约50倍，比2019年新发布的量能器电子望远镜测量结果高10倍。该重要成果与2017年发布的高精度TeV电子宇宙线能谱结果表明中国的空间高能粒子探测能力已处于国际领先水平。“以前这方面的科研成果几乎都来自国外，现在我们打破了这个垄断。综合国力的强盛以及创新型国家的建设正给科技工作者带来前所未有的历史机遇，我们应该为国家富强做出自己的贡献。”范一中说。

（来源：江苏科技报）