在世界屋脊向宇宙线世纪之谜发起冲击

在平均海拔4410米的四川稻城海子山，有一片规模庞大、排列整齐的设施，从飞机上往下看就像一个整齐的圆盘阵列，在阳光照耀下会闪闪发亮，这就是高海拔宇宙线观测站“拉索”（LHAASO）。5月10日，这一国家重大科技基础设施顺利通过国家验收。

占地面积约1.36平方公里的“拉索”相当于190个标准足球场那么大，是由5216个电磁粒子探测器和1188个缪子探测器构成的一平方公里地面簇射粒子探测器阵列、78000平方米的水切伦科夫探测器阵列、18台广角切伦科夫望远镜等三大阵列组成。它是以宇宙线观测研究为目标的国家重大科技基础设施，也是世界上最灵敏的超高能伽马射线探测装置。

为什么要建设这个阵列

之所以要建设这样一个阵列，是为了回答一个百年未解之谜。

1912年，奥地利科学家赫斯带着电离室在乘高空气球测定空气电离度的实验中，发现了来自地球以外的一种穿透性极强的“宇宙射线”。宇宙线是宇宙构成的一部分，因其携带宇宙起源、天体演化的秘密，犹如信使一般，被称为“宇宙信使”。但自从宇宙线被发现以来，却始终没有发现宇宙线是从哪里来的？为什么它们的能量这么高，远远高于人工加速器能够加速的粒子能量。这些根本问题一直困扰着人类，宇宙线起源问题也被国际物理学界列为“新世纪11个科学问题”之一。

为了揭开这些问题的谜底，我国科学家相继在上世纪50年代启动云南落雪山宇宙线实验室（海拔3180米）、在80年代启动西藏羊八井国际宇宙线观测站（海拔4300米），长期在高海拔的雪域高原上进行宇宙线探索研究。如今，位于海拔4410米的四川稻城海子山，已建成的“拉索”是我国第三代高山宇宙线观测站，探测灵敏度已达到国际领先水平，核心科学目标就是要去探索高能宇宙线起源这个世纪之谜。

为什么建在海拔4410米的高原上

为了解开宇宙线起源这一科学问题，科学家们展开了“上天入地”的探索，从空间站、卫星，到高山、深海、深地，都布置有宇宙线探测的实验设备。

高山实验充分利用大气作为探测介质、在地进行宇宙线探测，优势是其探测器的规模远大于大气层外的天基探测器，能在短时间内获得较高的实验统计量，从而实现高灵敏度观测宇宙线。宇宙线到达地球后会与大气层中的原子核发生相互作用而产生很多次级粒子，发生广延大气簇射现象，如同一场次级粒子“阵雨”一般。“拉索”科学家关注的宇宙线能量在TeV（万亿电子伏特）以上，这么高能量的粒子在大气中产生的次级粒子“阵雨”，在4000多米的位置发展到极大，因此在这个海拔高度探测宇宙线最合适。

“拉索”充分利用了我国青藏高原这一世界屋脊的优越地理优势，成为目前世界上最灵敏的超高能伽马射线探测装置、世界上灵敏度最高的甚高能伽马射线源巡天普查望远镜，以及能量覆盖范围最宽的超高能宇宙线复合式立体测量系统。

为什么选址四川稻城的海子山

一个以观测为实验手段的科学设施，其成功首先取决于选址。我国科学家在四川、西藏、青海、云南等地展开了长达6年的艰难跋涉，最终于2014年选址确定在四川省稻城县海子山。

选址于此则是基于多方面的原因：一是大面积的探测器阵列布局建设与安装，需要地势平坦，正负高差不能超过50米，而此处落差仅30米；二是交通便利，距离国道仅百米之遥，只需11小时就可到达成都，距离稻城亚丁机场约10公里；三是主干通讯光纤网距站址200米处通过，强大的数据传输与交换能力，能实现2.4Gbps的数据带宽，确保设施海量数据收集；四是优质水源丰富，特别适合大量使用水为探测介质的“拉索”探测器设计，实现了5万立方超纯水、40万立方超净水的备制与灌注，建成了国际上规模最大的同类水切伦科夫探测装置；五是后勤保障设施建在距离约50公里的稻城县城区，这里有宿舍、食堂、办公楼、测控楼等科研与生活设施，当地医疗条件满足需求，有利于观测站可持续发展。

建设过程中就取得多项突破性成果

由于“拉索”建在海拔4410米的雪域高原，高寒缺氧，冬季施工困难，每年施工期只有半年。为克服环境对工程的影响、充分利用观测资源，科学家们采取了“边建设，边运行”的思路，冬季期间对已建设的探测器阵列进行调试运行。2021年，利用仅建成一半规模的“拉索”所获得的观测数据，就取得了多项突破性的重大科学成果。

首先，“拉索”在银河系内发现大量超高能宇宙加速器候选天体，并记录到人类观测到的最高能量光子。由此，“拉索”将伽马天文的研究带入了人类从未观测过的新波段，即光子能量高于0.1PeV（1PeV=1000万亿电子伏特）的所谓超高能伽马射线波段，继已经活跃了30年的“甚高能伽马射线天文学”之后，开启了“超高能伽马射线天文学”的新时代。

不久，“拉索”又精确测定了标准烛光蟹状星云的超高能段亮度，发现1千万亿电子伏伽马辐射，直逼经典电动力学和理想磁流体力学理论所允许的加速极限。这些结果相继发表在国际顶级期刊《自然》和《科学》上，一个充满新奇未知现象的超高能伽马宇宙已逐渐浮现在全世界科学家的眼前。

如今，“拉索”已顺利建成进入全阵列观测状态，由于其具备领先的探测灵敏度，必然会有新的发现随之而来。科研人员已严“阵”以待，维持设施超高有效的运行时间，24小时守候着更多惊人秘密的宇宙信使到来。“拉索”科研人员将一步步推开这些蕴藏着谜底的密室大门，打开锁着谜底的百宝箱，不懈地努力探索每一个超高能伽马辐射现象背后的物理机制，直到破解宇宙线起源之谜。