四川稻城建高原“天网”，将能破解宇宙的秘密？

四川稻城建高原“天网”，将能破解宇宙的秘密？

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　　羊城派原创文本/夏杨

　　近日，四川稻城成了新闻主角，这里有一项举世关注的重大科技项目正在建设。目前配套工程已完工，主体工程即将开建。

　　四年之后，全球规模最大、灵敏度最高、测量范围最广的高海拔宇宙线观测基地将在这里诞生！

稻城宇宙线观测基地规划图（资料图）

　　最值得期待的是，它有望破解100多年来世界天文物理学界苦苦努力的科学难题，那是关于宇宙线、关于暗物质等的宇宙的秘密！

　　这是一个怎样的工程？为何选址四川稻城？它真能破解宇宙的秘密？

相关基础设施建设已完工（图/新华网）

　　高能粒子来源神秘

　　首先，我们从该项目的主要研究对象“宇宙线”说起。

　　宇宙线，即宇宙射线，是来自太空深处的高能粒子流的总称。其中包括质子、各种原子核，还有光子、中微子、电子等。

宇宙中高能粒子广泛存在（资料图）

　　宇宙线并不稀少，只是我们未能觉察到。科学研究显示，在靠近地球的太空中，在一个硬币大小的面积上，每分钟就有一个宇宙线穿过。

　　科学家推测，宇宙线可能产生于剧烈的宇宙事件，如超新星爆发、大规模黑洞爆发、巨大星系碰撞等。宇宙线粒子的能量极高，是可见光子的几百万倍！

黑洞爆发可能产生宇宙线（资料图）

　　它能量有多强？目前人类可以用电子对撞机制造高能粒子，但宇宙线高能粒子的能量要比人工粒子高很多。比如，它比北京正负电子对撞机产生的粒子能量强1000亿倍！

北京正负电子对撞机（资料图）

　　人类发现宇宙线已有100多年历史了。1912年，奥地利科学家赫斯首次发现了宇宙线。基于对宇宙线的研究，1932年美国物理学家安德森首次发现了带正电荷的电子。

　　带正电？此前的科学“常识”是，电子只带负电，怎么会有带正电的电子？于是科学界有了“反粒子”、“反物质”的概念。

宇宙中发现带正电的电子（资料图）

　　围绕宇宙线研究，粒子物理学问世。此后，科学家始终孜孜不倦地投入这方面的研究，并且取得不少成果，诺贝尔奖牌都拿了6枚！

相关领域研究已六获诺奖（资料图）

　　然而尽管如此，围绕宇宙线，一些最基本的问题都还没解决。比如，宇宙线来自何处？它如何被加速到这么高的能量？

　　在国际物理学界列出的“21世纪11个科学问题”中，宇宙线起源之谜位列第五。

宇宙线来源至今仍是谜（资料图）

　　“捕捉”百年至今无获

　　对于宇宙的研究，再仔细的观察，都不如有样本在手。这也正是科学家为何要发射太空探测器去外星球采集岩石样本的原因。

　　但是人类探测最近的星球，如月球、火星、木星等尚且困难重重，要到太阳系、甚至银河系之外采集样本，现阶段几乎没有可能性。

“好奇号”采集火星样本（资料图）

　　其实，办法还是有的！并且不用去外太空，地球上就有“送上门来”的外太空物质，这就是宇宙射线。

　　宇宙线携带着其产生地星球的信息，还有经过空间的宇宙环境信息，它甚至能揭示天体演化和宇宙早期的奥秘，是人类探索宇宙一个突破口！

宇宙线是外空来的珍贵礼物（资料图）

　　因此，有科学家称，宇宙线是“银河陨石”，是传递“宇宙大事件”的“信使”！宇宙线里藏着茫茫宇宙的秘密，至少，这是一把打开宇宙奥秘的金钥匙！

　　这也正是近百年来几代科学家矢志不移投身宇宙线研究的原因！

人类从未停下探索宇宙的脚步（资料图）

　　然而，近百年里各国科学家通过在热气球、地表、甚至卫星上安装探测器，试图揭示宇宙线的奥秘，却一直没能捕获宇宙线，更未能揭开宇宙线粒子的来源之谜。

　　话又说回来，也正因此，中国在宇宙线研究方面还有机会！

“悟空号”卫星载有宇宙线探测器（资料图）

　　即将跻身“全球四大”

　　人类想“捕捉”到“有用”的宇宙线并不容易。原因是宇宙射线中高能粒子较少，能抵达地球的更少。并且很多带电粒子受到磁场干扰，已丢失发生地星球的方向信息，“没用”了。

宇宙线粒子容易受磁场干扰（资料图）

　　科学家最希望“捕捉”宇宙线中的伽玛射线、中微子等不带电的粒子，他们不受磁场影响，始终携带有源星球的方向信息。

　　而由高能光子组成的伽玛射线，进入地球大气层时，会与大气层中的原子核发生碰撞，形成一系列新粒子，四散跌落地面。

高能粒子受撞击变为“粒子雨”（资料图）

　　寻找宇宙线，全球科学家都在努力。目前世界多地都设有观测站，主要分为三类，天上（空间站）、地上（高原）、地下（海底）。

我国宇宙线观测站分布（资料图）

　　天上，即用卫星、空间站在大气层外或大气层顶部直接探测宇宙线。我国2015年发射升空的暗物质卫星“悟空”，就携带有宇宙线探测器。

　　地面，尤其在高海拔地区设置探测站，我国正在使用的是西藏羊八井国际宇宙线观测站，海拔4300米。海底，比如在南极冰层下2400米深处装有巨型中微子望远镜。

南极宇宙线观测站（资料图）

　　通观全球，最著名的宇宙线研究中心有三个，分别在南美的阿根廷、南极洲和欧洲。

　　正在建设的中国稻城高海拔观测基地，英文简称LHAASO，译音“拉锁”，规模宏大，占地2040亩，总体投资12亿元，预计2021年建成。

　　到2018年底，该项目建成1/4时，它已是世界上同类观测基地中最大的一个了！

　　“拉锁”全部建成后，世界宇宙线研究中心“三大”将改写为“四大”！

稻城基地规划设计图（资料图）

　　或可能挑战“相对论”

　　我国新建宇宙线观测站为何选址四川稻城？这和观测站的需求和稻城的环境条件有关。

　　宇宙线粒子穿越大气层时容易被吸收，因此越是在海拔高、空气稀薄的地方设置探测器，捕捉到宇宙线粒子的可能性越大。美国新建的观测站，把选址从2700米提升到了4100米，借此一点，灵敏度就提高了几十倍。

西藏羊八井观测站（图/西藏新闻网）

　　而相比设在空间站上的探测器，高原探测站成本低、规模大。国际科技界普遍认为，南美的安第斯山脉和中国的青藏高原最适合高能粒子观测，它们都在海拔4000米以上。

稻城基地位置图（图/国际在线）

　　稻城基地选址现成外的海子山上，平均海拔4410米。这里地势平坦，有稳定的电力、通讯和水源条件。且10公里外就有一个机场，有便利的交通和稳定的社会环境，方便科研人员的工作和生活，也有利于国际合作的顺利开展。

海子山上已完成基础建设（图/新华网）

　　稻城基地不是简单的一个或多个探测器，它的“复合性”特点很明显，它总共设有四类探测器，共分三大阵列——

　　由5195个电磁粒子探测器和1171个缪子探测器组成的地面簇射粒子阵列（主要探测能量稍高的宇宙线）；78000平方米的水切伦科夫探测器（专门探测能量较低的宇宙线）；12台广角切伦科夫望远镜（用于宇宙线能谱的高精度测量）。

稻城基地三大阵列相互配合（资料图）

　　如此大的规模，大大提升了观测能力和精准度。稻城观测基地将创下三个世界第一：海拔最高、规模最大、灵敏度最强！

　　目前LHAASO项目集合了国内20多个科研院校的百余名科学家，法国、意大利、瑞典、瑞士、俄罗斯等国也拟加入该项目国际合作组。

国际天文物理学家团队（资料图）

　　“万事俱备，只欠东风”！稻城基地的核心目标就是找到宇宙线的起源，中国科学家正向这一“世纪之谜”发起冲击。

　　他们相信，有了这一高原“天网”，有三大阵列的精密配合，应该能破解宇宙线起源难题！

　　并且，科学家乐观地预测，研究过程中还可能会有意想不到的发现。比如，可能会挑战爱因斯坦的“相对论”，挑战经典力学理论等！

浩渺星空总带给人无限遐想（资料图）

宇宙里藏着人类的过去和未来（资料图）

　　来源｜羊城派

　　栏目主持｜夏杨

　　责编｜卢永城