常进：科学家如何探测暗物质？

口述：常进（中科院紫金山天文台）
整理：科学大院（ID：kexuedayuan）

常进：中科院紫金山天文台副台长，研究员，中国暗物质粒子探测卫星首席科学家（资料图）
今天很高兴有机会在这里，把暗物质的情况给大家分享一下。给大家简单介绍一下什么叫暗物质，暗物质是怎么发现的，相关的构成，以及如何探测暗物质，国际目前最新的探测暗物质的情况是什么样的等。
暗物质的发现
我们是天文观测者，唯一的特长是用望远镜去观测。所有的问题，我们都希望能通过望远镜看清楚，希望通过物理的探测，研究它物理的本质。
打个比方，我们的工作就像人口普查，只不过为了弄清地球上人口的分布情况，我们可能是通过造一个望远镜到天上去，晚上来观测地球表面的发光情况，根据光亮的大小，把人口估算出来。
可是没有亮光，是不是就没有人呢？通过发光的方法研究人口，其实不一定准确。
回过头来，我们讲暗物质的发现。
测量物质的分布，其实跟刚才一样，也可以通过发光的方法。消除了距离的不确定因素、发光的多少、强度的大小，就可以把整个天体的质量大概的估算出来。
我们把这个问题引入到更宏观，测量天体的质量。其中一种方法是测量天体的发光度，根据发光的强度算出来发光物质的质量。还有一种方法，根据万有引力定律，测量物质的质量或者天体的质量，即是去测量速度和距离的关系，把速度和距离测出来了，天体的质量就可以测出来。
人造卫星绕地球转的时候，把人造卫星到地球的距离测出来，人造卫星在该距离上的速度测出来，地球的质量就测出来了。卫星离地球远的时候，速度会慢下来，离地球近，速度会很快。当我们观测到如果人造卫星离地球很远的时候，它还保持那么高的速度的话，人造卫星肯定要跑出地球，进入太阳系。如果速度再大，它就可能飞出太阳系。
暗物质概念的提出
上世纪三十年代，瑞士天文学家Fritz Zwick在研究Coma星系团的时候发现星系团中的星系弥散速度非常大，根据维里定理计算出的星系团的总质量要远大于根据发光度计算出来的星系团质量。也就是说星系的运动速度太快了，仅靠星系团中的发光物质是束缚不住速度如此大的天体的。他推测星系团中存在着大量不发光的物质，并称之为暗物质。