我们的宇宙，由暗物质、物质组成，这是毋庸置疑的。但是，暗物质是什么？他们存在的证据？如何证实？这是当前科学的热点、难点。当然，这也是人类认知领域的重要问题！
我们选取了NASA的一次关于搜寻暗物质的利器“阿尔法磁谱仪“的科学访谈，呈现给大家，希望大家有所借鉴。（翻译的有点长，请大家阅读前有心理准备……）
NASA的约翰逊航天中心的官方播客的第117集中，进行了关于“阿尔法磁谱仪：科学”的访谈。在播客中，NASA邀请了专家，科学家，工程师，宇航员，让您了解人类航天世界的发展。这次的目的，是当时即将在2019年11月国际空间站上进行一组独特而困难的出舱活动以修复称为Alpha磁谱仪的维修！Alpha磁谱仪听起来像是科幻小说中的设备但是它真实存在，原理异常复杂，类似的维修在太空中从未进行过。
主持人加里·乔丹（Gary Jordan）：Alpha磁谱仪（AMS）正在研究高能粒子，寻找宇宙中反物质和暗物质的存在迹象，它或许会帮助我们揭开宇宙形成的奥秘。为了执行这项复杂的粒子物理实验，我们需要开展一系列复杂的舱外活动，难易程度与此前的哈勃太空望远镜维修任务相当。本节目将利用“科学”、“舱外活动”和“工具”三期播客，帮助大家了解此次实验和舱外活动的重要性，深入探讨任务背后的故事，与负责AMS维修和升级的各位专家进行趣味对话。本期播客“科学”为三期节目中的第一期，布兰登·雷德尔（Brandon Reddell）将与我们一起讨论AMS的相关科学知识，其中以宇宙学和天体物理学为主。雷德尔是NASA约翰逊航天中心国际空间站项目的助理项目科学家，博士学位获得者，专攻高能空间物理学。研究生期间主要负责模拟地球上加速器产生的高能碰撞，负责NASA负责航天器硬件和人体辐射影响的测试和建模工作长达数十年。雷德尔还与银河宇宙射线模型的主要作者开展合作。NASA就是利用这一模型来预测航天员健康风险和硬件可靠性，以校正深空任务模型预测结果。AMS则能为研究人员提供对模型改进至关重要的宇宙射线种类数据。现在，让我们开始今天的节目。欢迎布兰登·雷德尔博士为各位听众介绍天体物理学和宇宙学，以及阿尔法电磁谱仪的科学知识。
主持人：今天能讨论AMS这个话题，我很激动，也很紧张，关于人类航天飞行，我们已经谈及太多，而AMS也是人类航天飞行的一部分，它是一项空间站实验，航天员还会出舱维修AMS。但是现在，我们要学习宇宙学，学习天体物理学，我将尽力向您提出难易适度并有相关性的问题。
主持人：好的，那我们现在开始吧。首先，我想先了解背景，AMS研究的到底是什么。先让我们学习宇宙学和天体物理学。给我们普及一下宇宙相关知识吧，布兰登。
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：好的。首先，我们知道宇宙非常大，但是我们都知道它不是一开始就那么大。这一点在上个世纪已经得到证实。您可能听说过，埃德温·哈勃（Edwin Hubble）首先测量谱线红移，谱线红移是物体以某种速度离开我们的距离。这一现象已得到宇宙微波背景等大量其他卫星测量结果的证实。我们知道宇宙正在膨胀，这一点毋庸置疑。若以膨胀率来衡量速度，则能推测出宇宙的年龄，就是这样测算出宇宙大概有140亿年的历史。现今关于实际膨胀率的调查仍在继续，虽然数值略有变化，但都表明宇宙大概形成于130至140亿年前。我们确实有很多理论支撑，比如广义相对论，符合宇宙模型，预测未来星系会如何分布、宇宙空间上如何布局。我们现在有适合的模型为研究工作提供支持帮助，因此，我们认为对宇宙有了相当深入的了解。
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：对，大爆炸理论，这是通用术语，实际上有几种不同模型，我们可以现在或以后再继续谈论，但是-
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：其中一种大模型称为“Lambda CDM模型”【Cold Dark Matter，冷暗物质】。Lambda这个希腊字母形似倒三角，也有点像倒V，它指的是暗能量的价值。CDM是冷暗物质。实际上，该模型纯粹是一个数学模型，仅使用6个参数描述宇宙的整体变化。我们采用的是“重子密度”理论。我给大家简单解释一下“重子”。重子密度、暗物质密度、宇宙年龄、还有其他两个参数，都是输入参数，每个参数都非常复杂。但是，在大爆炸之后，该模型能利用现行物理定律，使用这6个参数立即对宇宙微波背景辐射的存在情况和结构进行基本预测，同时预测宇宙形成时间、规模大小、星系分布、氢氦浓度等情况。这一模型与我们所观测的内容大致符合，可能是最佳模型，但是也存在不足，还有其他模型，但是我们主要采用的还是“Lambda CDM模型”，也就是我们常说的“宇宙论标准模型”。
主持人：那么，您的主要工作是研究宇宙，还有您说的那些都存在于宇宙中物质，比如宇宙微波背景，对吧？
主持人：后台的听众开始激动了。是什么造就了现在的星系呢。大爆炸理论这在通过数学建模开展研究。
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：对。大爆炸理论只进行数学建模，效果很好，其中重要的是在最初的“大爆炸”中产生的大量元素，有了这些元素就能就确定宇宙的质量，恒星和星系的数量等。所以说这个功能很重要。
主持人：银河系中有数十亿颗星星。我们现在发现，一些星星，也许其中的大部分，都有自己的行星。因此，一个星系就能有如此庞大的规模，然后您会发现，还有其他星系。
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：去年开展了一些研究，如果想了解较小星系，也称“矮星系”，银河系就有几个矮星系，例如大小“麦哲伦星云”，但在纵观这个银河系，它们小到几乎看不见。大多数星系都有成百上千个矮星系。如果把矮星系也考虑在内，那这项最新研究研究总数估为数万亿个星系。
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：它们的数量很大，但正如我们所知，并不是所有的星系都适合生活，因为存在很多不稳定因素，还有很多不规则和椭圆形的星系。而且星系有大量的物质。一件有趣的事是，当实际观察所有星系和恒星，或者谈论宇宙的物质和能量的总含量时，我们能知道的只有其中的5％。其余的都是未知的，所以我们只知道少数星系的部分信息，对吧？
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：如果只看质量时，按质量计算，恒星和星系的数量大约是宇宙的15％。暗物质这种神秘物质是85%中的一部分。
主持人：这与对宇宙的预测建模的方式有关。因此，如果只是根据观察到的质量进行计算，那么它就不会奏效，这也有助于了解宇宙起源。
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：现在，我们能观察到暗物质，也有直接证据证明暗物质的存在。我的意思是，我们可以观察星系的旋转曲线。实际上，这就是最初确定的方式，星系周围必须有更多质量，才能解释恒星在旋臂上的旋转等现象。我们还知道宇宙的膨胀可能与暗能量有关。我们能通过参数进行测量。回到Lambda CDM模型这个话题，所有这些信息都是基于最初的六个输入参数预测出来的，我们知道该模型可以预测我们看到的一切，我们就有充分的理由相信，模型预测的数据与实际情况是接近的。
主持人：那这与我们知道宇宙的形成有什么关系呢？猜猜我将提出什么问题，那就是我们还需要用这个模型解决什么样的难题呢？
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：好吧-是的，这是一个很好的问题。我再解释一次，这种模式在大爆炸之后的很短时间内就会出现。我们显然不知道大爆炸之前发生了什么。当查看时空定理时，会发现大爆炸之前，其实什么都没有。因此，这真的很难理解。
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：那实际上有点像形而上学之类的理论了。但是一旦开始，最初的10秒到负38秒左右，会有很多不确定性。因此，当前的一种理论被称为“通货膨胀”，在10秒至大约负36秒的时间内，宇宙膨胀了二十个数量级。我们不知道该如何建模，但是我们确实得到一些证据表明事实如此。我们仅对初始通胀时期进行了建模，尚未对模型的部分进行分类，因此需要将其合并。另外，您可能听说过“量子重力”，我们不知道重力在量子水平上是如何起作用。早些时候，我们对物理的理解是对各种力的重新组合，但现在研究的是最新的粒子物理、天体物理学和宇宙学，能将各种不同的力分开研究。这是对宇宙刚形成时物理现象的一点理解。
主持人：正好让我们就顺着这个话题谈一谈AMS。有了这些模型，我们就能知道我们认为的宇宙如何形成，我们想知道什么信息，我们能找到什么证明我们相信的理论。
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：您说的很对。AMS正在寻找反物质，我可以等会儿给大家介绍一下。
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：暗物质就是我们说的宇宙射线。最大的问题之一，也是困扰数十年的天体物理学家和宇宙学家的问题，就是数十年来，当我们仔细研究所有事物时，为什么只有物质，却没有反物质呢？因为这些初始模型（例如Lambda CDM）实际上告诉我们，反物质和物质比例应该是50：50。反物质与物质一样，但是带有相反电荷，如果将质子视为正电荷，反质子则具有质量相同，但带有负电荷，具有不同数量的量子（可以确定旋转和角动量等信息）。实际上，反质子就是带有负电荷的相同粒子。因此，AMS正在寻找反物质的迹象以试图解答下面的问题：是宇宙创造过程中就存在反物质，还是如某些理论所言，暗物质彼此之间的衰变和消灭产生了反物质？
为什么要把反物质设计和定位于太空中，是为了进行测量，试图解决这个问题。同时，很多物质从遥远的宇宙和银河系向地球靠近时，变成了高能，是运动的高能粒子，被我们称之为宇宙射线。因此，这些方法也直接适用于人类太空飞行的成功经验。
主持人：好的。我想问一下，当提到AMS在寻找什么时，您说反物质就是其中之一，因为应该存在反物质，那么反物质在哪里呢？还有您说的暗物质，AMS也寻找暗物质吗？
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：好的。暗物质，我们可以观察到，就像我们前面提到的，我们可以肯定银河系周围，比如太空中许多空隙之间都存在着有很多质量。实际上Lambda CDM模型预测宇宙中26％的质量能是暗物质。
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：这与预测宇宙中的其他一切有关。因此，我们知道可能有很多物质，而且最重要的是，我们可以实际观察到它。同样，通过引力透镜，我们知道那里必须有额外的质量。所以当我们向远处望去，其他星系周围的光线会弯曲。
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：嗯，我们看到的是更大的物体后面的物体，光线会绕着它们弯曲，可能会看到两张图像，因为光线被分裂了，您会看到，就像两个不同的角度，但实际上是围绕一个大型物发生光线弯曲。因此，我们知道，仅查看那里的正常情况，就必须有更多的质量来让光弯曲，因为我们对一般情况已经足够了解。实际上，光学可能是物理学理论中最准确或测试最完全的。我认为，我们知道精度为15或16位小数。
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：是的，广义相对论是由一个非常复杂的数学定义的，但实际上，它是另一种引力形式，但是它大概告诉我们质量扭曲了周围空间，并且控制空间质量在其中运动的空间扭曲。
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：这是相互关联的。如果考虑得太多，会让您有些发狂，但质量和引力实际上是相关的。
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：为了明白两者的关系，因为没人能知道暗物质的物理成分，我们正在尝试测量暗物质。我们间接地知道暗物质的存在，但是我们不知道它由什么粒子组成。因此，有一些理论没有任何直接科学证据，如果将物理学标准模型扩展为数学模型，就可以预测所有右粒子，以各种各样形式的右粒子预测这些奇异的粒子，也就是所谓的“WIMP，轴粒子”。
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：类似的事情。WIMP是每周相互作用的大质量粒子，它之所以被称为暗物质，是因为它是暗的，不会发光或与光相互作用。因此，我们很难观测到它，也很难对其进行测试。但是如果这些暗物质中华含有其他微粒，它可以与自身相互作用并产生我们知道并能检测到的次级微粒。这就是我们想找的东西，检测到这些次级微粒表明现在已经将某种其他类型的粒子理论化了。
主持人：对。这就是我们可以观察到的情况，能为我们提供宇宙如何形成的证据。我们谈到了反物质，还谈到了暗物质。您还提到宇宙射线了，对吗？
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：因此，如果您认为-所以我说宇宙是第一代恒星，大约有140亿年的历史，实际上，它们在已经几亿年前形成的几百个星系中，被称为“第三代恒星”。从几亿年前，星系中已经有几代恒星经历了这样的生命周期和过程。因此对于大质量恒星来说，它们的最后状态是膨胀、变大，在燃料耗尽时被引力拉回并爆炸成超新星。因此，如果考虑从氢到铁的元素周期表，许多宇宙射线只是原子核，它们周围没有电子，只是以相对论的速度穿越太空的原子核，运动时，与磁场相互作用并加速，以非常快的速度移动，最快可达到光速，它们以任意角度从任何可能的方向发散，存在于宇宙的各个角落。
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：是的。就像质子一样，它只是周围带有电子的质子。氦气有两个质子和两个中子。查找元素周期表时，最重的是具有26个质子和56个核质子和中子的铁。在周期表中的含量越高，核仁越大，也可能造成更大的损害。
主持人：好的。还有其他可能的单独主题，可能是我们会寻找的东西，就是“夸克”，夸克和宇宙射线混合在一起吗？
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：但是它们本身并不存在。夸克，它们基本上是我们真正能够看到的唯一方法，例如，如果观察CERN中的粒子滑翔机，高能物质会相互作用。假设使两个质子的速度接近光速并发生碰撞，然后在短时间内将其分解为几部分，我们可以后面再进行讨论。但是质子由三个不同的夸克组成。因此，对于重子物质来说，也就是我们看到的所有物质以及由所有恒星和所有事物组成的物质，它们几乎都由夸克组成，有六种不同类型的夸克。但是强大的核力量将它们束缚在一起，所以它是如此强大以至于在不进行重组或以其他方式交互的情况下，无法将它们长时间。因此它们本身并不存在，但可以基于研究其他粒子来推断夸克的相关知识。
主持人：我认为我们现在为宇宙学和天体物理学奠定了良好的基础。我们对宇宙的形成有了大致的了解，我们的研究工作正在找寻证据支撑。现在让我们说说Alpha电磁光谱仪。
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：我想将位于太空站上的Alpha电磁光谱仪-2比作可以在CERN上看到的粒子物理实验[ 欧洲核子研究中心，日内瓦，瑞士]。但是实验不是在CERN进行，而是在空间站。因此，AMS具有独特意义，它是一台现代物理粒子探测器，在空间中属于非常复杂的设备。等等，如果您愿意的话，我们可以讨论更多有关硬件的信息，AMS基本上有六七种不同类型的检测器系统，可以测量所需的所有参数，以帮助解决有关反物质、暗物质和宇宙射线的难题。就像测量这些粒子的电荷和质量，是物质还是反物质。
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：如果在空间站上，则在地球大部分大气层之上，如果不在空间站上，比如在地球表面上，则位于大气层下方。大多数宇宙射线与大气中的氧气和氮气相互作用和分解，因此实际上无法直接测量主要宇宙射线。但是当我们处于大气层上方时，拥有空间站上具有功率和数据等功能的基础设施，能够直接测量那些主要粒子。
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：好的。AMS中的M为magnetic，表示磁，AMS全称Alpha电磁光谱仪，中心有一个大磁铁，其强度大约是地球磁场强度的三千倍，所以听起来很厉害。
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：其实也就这样。相比于地球磁场中的一米，太空中的一米，具有更强的弯曲能力。尽管如此，AMS在太空中是一个非常强大的磁铁，当这些带电粒子在太空中沿轴向拉动时，当它们靠近磁场时，它们喜欢围绕磁力线旋转。因此，它们旋转的方向表明有电荷。如果是正电荷，它将朝一个方向螺旋旋转；如果是负电荷，则将朝另一个方向旋转。严格来说，磁场的目的只是使粒子稍微弯曲一点。磁铁周围的所有物质都是六七各不同的探测器。硅追踪器可以测量轨迹，得知曲率，当我们知道根据磁场强度提供帮助时，哪种参数是参数，以获取粒子的电荷和动量，这两者与粒子的能量有关。
主持人：跃迁检测器可以帮助我们区分质子和电子，而实际上只能区分质子和电子。当它进入时横穿了许多层材料，会产生不同的X射线，质子不会产生电子，因此我们可以区分这两种类型的粒子。还有一种叫做“飞行时间计数器”的设备，能利用损失的能量从根本上帮助我们理解宇宙射线的电荷。它还有助于缕清事件时间顺序，因为我们需要计算进入一侧的并从另一侧出去的时间，而不是从一侧进入的时间。因此，正如您所了解的那样，基本上，当它经过一端时，便会开始重置所有其他检测器。它说可以从这一点开始计数，以便测量所有正确的参数并将其与同一事件关联。还有一种叫做“反巧合检测器”的设备，可以帮助从侧面展开粒子，因为如果没有完整的粒子，就不想对它们进行计数-我们可以设置所有完整信息，让粒子与所有检测器相互作用，但是只获得一部分信息，而这对某些数据分析可能是错误的。然后有一个称为“RICH”的设备，Ring Imaging Cherenkov Detector。当粒子运动的速度快于材料内部光速时，它们就会接受光锥，这是众所周知的切伦科夫效应。锥的大小可以告诉我们很多有关粒子速度的信息，有助于真正地测量速度。最后，有一个叫做“ E Cal”的设备，E Cal是一个电磁量热计，只是一堆材料。当质子型粒子与电子进入时，它具有不同类型的粒子簇射。因此，它可以大致区分电子和正电子与质子和较重的原子核（如氦和其他物质）。有了这六个探测器，我们可以测量电荷、质量、动量或能量，可以建立此模型-收集粒子以建立统计数据，以便更准确地了解进入粒子的分布情况。
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：因此，这与AMS的EVA有关。磁场使粒子穿过硅，这实际上是了解问题与反物质之间关系的关键，因为它是一种弯曲还是另一种弯曲。我们需要弄清这一点，如果您无法衡量那就无法分辨。
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：我们可以稍后再讨论。但不管怎么样，它是一个非常复杂的系统，其中包含许多计算机，许多数据通道，但所有这些都与计数粒子，其能量和电荷以及质量有关。
主持人：太空是收集数据和研究粒子互动方式的绝佳场所。很有意思。我确实有一个澄清点，因为这部分只是在我的大脑中嘎嘎作响，您说过，当带正电的粒子通过磁场时，它们会以一种方式旋转。
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：例如，正电子是电子的反物质等效物。正如我们都在高中化学中学习的那样，电子带有负电荷。带减号的E。正电子是完全相同的质量，即9.1乘以10减去31千克，但它带有正电荷。因此，有一则基本物理定理称为“洛伦兹力”，它与带电粒子在磁场存在下的运动有关。有一个力使粒子开始弯曲。进行数学运算时，它会告诉粒子顺时针旋转（如果绕磁场沿某个方向行进），表明粒子带正电荷。如果带数学上的负电荷，力使粒子向相反的方向弯曲，这完全是因为负号差。
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：从数学上来说，只有一个符号的区别，但这自从艾萨克·牛顿（Isaac Newton）时代就得到了验证，对吧？
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：可能还不算太早，但那时他们还不了解电子和其他东西。这大家都知道。
主持人：-但基本上，电子就是这么相互作用的，质子相互作用的方式不同，因为它们是反物质，它们只会反向旋转，对吗？
主持人：我的意思是说，质子穿过的过程中带有正电荷，它像正电荷一样自旋，但是它与磁体相互作用，因为它是质子，不是正电子，对吗？
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：因此，如果它是正值，那么为了论证，可以说是基于磁场的配置，例如它们所指向的方向。所有正值都朝一个方向，所有负值都朝另一个方向弯曲。
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：那么我们所知道的仅仅是它的正负性，需要其他仪器来知道质量大小。现在，硅可能会完整记录轨迹。质子比电子重约一千倍。所以质量很难取决于能量，对吧？曲率也稍有不同。但是我们可以从中获得一些信息，其他检测器可以帮助我们进行分类。
主持人：我懂了。所以它们是不一样的。我当时在想带正电荷，但它们只是有所不同，所以这样就说得通了。
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：反物质和物质，是所有物理学中的突出问题之一。您知道，就像我们之前说的那样，反物质和物质数量上大概为50：50，实际上有一些基于理论的研究，说在宇宙开始之后不久，正物质的数量比负物质总量略高一点。我认为这个数字约为100亿，每有100亿个反物质粒子，就有100亿个粒子。数量上仅有略微差距。当前的理论认为物质和反物质相互抵消，所以两者都消失了。仅有少量剩余的正物质，也就是最终主导宇宙的正物质。这就是为什么理解是否有剩余的原始反物质至关重要，因为空间中可能存在反物质星系或气体云，或者用反物质制成恒星。从理论上讲，这是可行的，尤其是在宇宙初期并没有全部用尽或交互作用的情况下，这就是AMS探测的方向。我们很难区分反物质本来就存在还是由于暗物质与自身相互作用而产生的反物质？这就是AMS正在尝试解决的问题。AMS可以测量反物质，但它来自何处？这是个大问题。
主持人：说到AMS复杂的工作原理，我知道您说这是我们将要在空间站上进行的第二次迭代，我相信上一次只是确保该技术在太空中能发挥作用。
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：这就是所谓的AMS-01，大多数航天飞机的飞行任务都非常短，不到几周。这只飞机飞行了十到十一天。跟以前的飞行任务也差不多，也许并不那么复杂，但这是证明该技术的开路任务。尽管它活跃了大约十天左右，已经有六到七篇论文研究这次任务，AMS-01收集了足够的信息来进行统计观察。很多人都在引用它的主要主张之一，也是我们现在正在尝试验证的内容，那就是反氦比率的上限。抗氦只是另一个抗微粒。氦有两个质子和两个中子，带有负电荷。AMS可以区分质子和中子。因此，许多人认为，如果AMS可以测量，质子是第一大元素，而氦是第二大元素。因此质子与其他物质相互作用频繁。因此，您有-可以说更多的噪声，还有许多其他需要考虑的方面，而氦气可能是一个更明确的信号。因此，尝试测量氦成分非常重要，以便更准确地了解暗物质的来源。因此，这是一个重要发现，设计AMS-02检测器就是为尝试探测一点-结果是相同的数字，但具有更高的准确性。
主持人：好的。让我们回到AMS-02。它调查氦和反氦，实际证明了该技术有效可行。AMS-02是一件非常复杂的设备，并且花了很长时间才能运抵空间站，期间延迟了好几次。
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：是的，我想即使是在实地也可能会有延误，因为这是一个非常复杂的实验。
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：这是您在欧洲核子研究中心（CERN）可能看到的典型实验。它涉及什么方面呢？到现在为止，有六十个不同的机构，数字可能不准确，但是有十六个不同的国家。因此，就像我说过的那样，我认为大约有六个不同的探测器系统，有很多硬件，涉及很多集成，并且必须将许多不同的系统一次性结合在一起，再加上与典型的硬件相结合放在空间计划等等。因此这是很困难的任务，1998年的Shuttle Discovery任务确实起到了一定的作用。就像我说的，这是十天左右的任务。
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：是的，这是同一回事。我相信，AMS-02通过2011年在STS-134进入太空。对，我的意思是，我认为AMS之后的合作规模更大，（我提到的60个数字），其实是AMS-02。
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：对，合作的机构数量越来越多，还增加了其他硬件来帮助开展测量任务。因此，这是一项巨大的集成工作，它不仅庞大，而且还需要航天飞机载它进入太空。AMS-02是一个外部负载，在空间站的外部，有使用ISS通信必需的电源数据连接，有高带宽才能向下传输所有数据，还有一个地面站。因此，在设置所有内容时要开展大量工作，以帮助建立基础架构。
主持人：是的，这是重头戏。我知道AMS-02历经重重困难才到达空间站，您知道，您说过要进行大规模合作才能使AMS-02成为可能，但是由于它非常复杂，因此需要前往空间站，您说它可以观察到很多粒子。空间站拥有丰富的电力和强大的传输数据的系统，实际上可以使该功能在太空中发挥作用，我认为这也许是唯一的工作场所-
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：我的意思是，这是一个国家实验室，在轨道上，数百公里处，并且它是目前唯一支持这一基础设施工作的地方。
主持人：好的。所以这是重头戏。我确实想花点时间来多说几句-结束的时候我也会再说几句，有一部很棒的纪录片，我不知道您是否看过，是在美国国家航空航天局（NASA）制作的，叫做“ AMS：为飞行而战”。纪录片中介绍了完整的故事。
主持人：行。这是AMS历史的简要介绍。现在让我们了解正在现状并进行修复。那么AMS怎么了，现在为什么需要对其进行修复？
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：我想，您知道，最初我认为AMS的设计使用寿命为三年，三年已经过去了，对吧？我想这开始了吗？我认为它是在安装后不久于2011年投入使用的，早就过了设计寿命，就像许多卫星和主要硬件一样，您想要建设冗余的系统。因此，它有四个冷却泵，可使液态二氧化碳循环通过各种探测器系统，帮助辐射吸收热量，然后将其辐射到太空中，为了降低仪器运行温度。我们之所以需要这样做，是因为我们正在测量非常大的单个粒子撞击-每个撞击本身都是少量能量，但是电子设备对温度非常敏感。
如果电子设备温度很高，将会有很多电子在附近反弹，产生噪声，我们很难区分噪声和实际信号，因此，降低设备温度可将电子噪声降至最低。这就是泵的用途，其中三台已经出现了很多故障，现在只剩最后一台还在工作。以前从未有过维修计划，但是最近有很多这样的任务计划。我们想上空间站拆除旧系统，安装新的泵系统，以延长使用寿命，我认为我们可以延长AMS-02的剩余使用寿命，因为所有其他检测器的运行情况似乎都非常好，只需购买冷却泵即可。我的意思是，它现在仍在工作，但是，我们没有冗余系统，如果我们能修好AMS-02，就能探测到更多的迹象。
主持人：太好了。现在，作为一名物理学家，我敢肯定-我的意思是，您现在在这里谈论这个是因为对此感兴趣，为什么如此重要-为什么AMS对这一发现很重要？
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：好吧，这很重要是因为，您知道，我们每个人都对生命、生命起源、宇宙较低起源怀有疑问，还有很多未知的信息，所以其实我们是在回答这些重大问题。实际上有多个头绪。我想补充一下，有一点我很好奇，但你知道，在我的日常工作中，过去在宇宙射线方面做过很多研究，所以，实际上我们收集了许多关于宇宙射线的信息。因此，NASA现在的主要目标是入驻太空，先登陆月球，后登陆火星，对吧。因此，这意味着需要付出更多的时间，辐射是一个大问题。因此，能更好地了解辐射，知道如何在太空环境中工作会具有很大意义，所以我一直很想获得更多的数据，我喜欢为创建模型所做的建模工作，因为其中涉及了很多物理和科学知识。因此，我想同时回答有关宇宙的基本问题，如果我们真的弄清暗物质到底是什么，暗物质如何作用于宇宙学模型，可以揭示一些有关未知能源的信息，我们可以利用这些信息为人类造福。因此，由此产生了许多非常未来的目标，但最终会让人们加深了解，为我们探索太空创造条件。
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：想要研究对人体的影响，不一定要研究生物损害。
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：但是，太空与生命科学家小组中有一整套科学家可以完成很多工作。我们确实知道辐射不好，对吧？辐射有两种影响，其中一种为“急性效果”，短期内发散出高剂量辐射，就像电影中发生炸弹爆炸或有很多辐射时，人会因辐射而死亡，对吧。这是一个大问题，当我们登陆火星时，太阳爆炸的光线很强-可能是潜在的高辐射源。我们有方法可以屏蔽部分辐射，但这始终是一项活跃的实验或是对工程问题的理解，对吧。我们怎样才能只屏蔽部分辐射呢。一种方法是利用磁场屏蔽辐射，至少能屏蔽部分辐射，但是这些宇宙射线具有很高的能量，可能我们永远无法完全100％屏蔽它们，因此，了解在研究的辐射活跃区域某些类型的辐射下，人体如何进行自我修复就显得尤为关键。我们现在试图保护大多数宇航员免受的一大危险，就是暴露于辐射导致癌症的风险。我们正在努力将这一风险降到最低。航天员属于辐射环境工作人员，就像核电厂的工作人员一样，只是航天员的太空工作限制略有不同。在选择机组人员时，需要仔细监控和练习这些内容，这个考虑因素贯穿始终。我真正关注的是很多人不知道辐射其实对电子设备有害。
因此，与一定剂量（大量颗粒的积累）不同，可以让一个颗粒进入，然后取出主处理器和飞行计算机，这样就可能会丢失计算机，失去对车辆的控制，对吧。因此有很多工程设计方案，我们已经设计了Orion，使其能够抵抗辐射，因此这是一个考虑因素。几乎所有从低地球轨道以外发射的卫星（或者说地球同步轨道以外的卫星）都必须考虑这些问题。对？并为此失去对车辆的控制，您知道吗？因此，有很多工程设计，因此我们已经设计了“猎户座”飞船，使其能够抵抗辐射，这是一大考虑因素。几乎所有从低地球轨道以外发射的卫星（或者说地球同步轨道以外的卫星）都必须考虑这些问题。
主持人：正如您所言，辐射可能会破坏计算机系统。因此，知道宇宙射线如何影响计算机系统，它们最终所要做的就是建立冗余。
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：但是在太空，在室内，对不对？还有质量。就必须把这些都弄清楚。因此，这属于综合性问题，但归根结底，还是可靠性问题。人们可能不知道并不是暴露于辐射就会死亡。以电子产品为例，辐射并非每次都会破坏零件，但会更改数据。
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：破坏数据比辐射本身还危险。当辐射改变数据时要如何处理？所以必须得有智能软件之类的东西。
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：这些东西都差不多，但是通常来说，辐射是人类长时间太空飞行面临的更大风险，对电子设备的影响较小。
主持人：是的。因此，AMS在某种程度上帮助我们了解宇宙的形成，然后让我们更多了解了这些粒子以及粒子如何与物质相互作用。
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：是的。我们正在学习，您知道，我们正在计算粒子的数量，我们正在了解粒子类型的分布，改进地基模型，该模型能让我们预测粒子通量是什么，比如火星上粒子的通量。因此，当我们，当我们计划航天飞行时，会尝试根据任务的时间长度和太阳周期，辐射强度。AMS的数据正在帮助我们改进这些模型。
主持人：太好了。因此，您知道，AMS在空间站上，我们正在出舱修复此设备，我想，就像您说的那样，不一定要修复，只是增加了冗余和剩余使用寿命，因为有些冷却泵中已经发生故障，我们只是增加冷却泵而已。但是，您知道，我们通过人类太空飞行完成这些任务，需要派出人员并进行修复，我们从中学习到的知识也可以用于未来人类太空飞行。因此，作为物理学家，利用人类进行太空探索为何如此重要呢？
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：好吧，您知道，有利有弊。大多数人可能会将机器人视为人类的探路者。显然，派人执行任务是有风险的，对吧？始终存在我们必须权衡的风险。但是，我想说，人类太空飞行的优势在于，人类可以拥有-在必要时迅速作出判断。我想起阿波罗17号宇航员就他们的任务和月球的地质展开讨论，在八个小时的时间中，他们行进了22英里，相同的距离，火星“机遇”号漫游车则需要八年才能走完。在功能层面，我认为人可以做出决定行进更长距离，如果建立了基地，让人完成任务效率更高一些。
如果我们想要在就地资源利用进行模拟演练，可以部署一些设备，让卫星完成这项任务就有点为难了，我说的是卫星控制的机器人。因此，让人来执行任务是有一定好处的。当然，如果我们要在某个地方执行任务，比如考察地形等任务，更适合让机器人来完成。但是我想，最后，我们想要人类常驻外星球，就必须做好准备在这样的环境中工作，这也是探索任务的一部分。人和机器更有千秋，主要取决于我们所处探索的阶段。而且，一些机器人任务可以进入人无法进入的恶劣环境，这也是机器人的一大优势。
主持人：因为我们想要人类在轨生活，所以我想您一定知道，我最欣赏的就是灵感价值。我的意思是，您不会让某人过于依赖机器人，但是可以看到机器人的真情实感，就像人一样。
布兰登·雷德尔：是的。我想说的是-严格来说，我只是想补充一下-如果我只想了解粒子物理学，那么我不需要人去搜集相关信息，对吗？我们可以构建一个探测器并将其发送到某个地方。
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：嗯，没有必要。但我认为，总体而言，人类太空探索领域时，必须有人类参与，对吗？
主持人：是的。好吧，布兰登·雷德尔（Brandon Reddell），非常感谢您的到来，带领我们学习天体物理学、宇宙学和AMS的历史，这些知识让人很着迷。我想我应该都跟上您的节奏了。
布兰登·雷德尔（Brandon Redell）：不客气，也感谢您的配合，希望今天的谈话能让发挥作用，谢谢。
主持人：各位听众，谢谢你们的坚持。希望你们喜欢与布兰登·雷德尔（Brandon Reddell）进行的对话，学习有关Alpha磁谱仪的科学知识，以及天体物理学和宇宙学的基础知识。今天的对话很有趣，我真的应该让他再为大家讲一讲。如果你们喜欢播客，还可以收听其他NASA播客。今天的对话让我们知道很多行星科学都会利用重力辅助效应，今天还谈论了很多有关天体物理学和宇宙学的话题，如果感兴趣一定要收听本期博客，或者查看NASA.gov/podcast上的其他节目。我强烈建议大家观看NASA的纪录片“AMS：为飞行而战”，深入了解将Alpha磁谱仪安装到空间站上的过程和付出的努力。本期节目录制于2019年10月8日。