——写在世界规模最大的高海拔宇宙线观测站开建之际

俯瞰在建的高海拔宇宙线观测站。

在四川省稻城县海子山高海拔宇宙线观测站建设现场，工人们在施工。

新华社记者 金立旺 摄

    【新闻背景】

    我国最新天文大科学装置——高海拔宇宙线观测站（LHAASO，音译为“拉锁”）项目于2016年7月在海拔4410米的稻城县海子山开始基础设施建设。项目由国家发改委于2015年12月31日批准立项，预算12亿元，预计5年内建成。建成后，有望向宇宙线起源这一世纪之谜发起冲击。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、瑞典等国也拟加入该项目国际合作组。到2021年建成后，中国高海拔宇宙线观测站将成为世界范围内的宇宙线研究中心之一，并占有“三个世界第一”：最高的高能伽马射线探测灵敏度、最灵敏的甚高能伽马射线巡天探测、最宽广的宇宙线能量测量范围。

   科学选址 反复比选7年 花落稻城海子山

   站在稻城海子山，极目远眺，天地无止无境，景象壮观，憾人心魄。它是一片山的海，石的海，生命的海，等待着人类去探索的一片未知之海。

   据高海拔宇宙线观测站项目首席科学家、中国科学院高能物理研究所研究员曹臻介绍，该宇宙射线探测装置项目的预先研究从2008年开始，科研人员在我国高海拔地区进行了广泛选址，最终于2014年选定稻城海子山。“宇宙线的粒子进入大气层后会被大气吸收。因此海拔越高，空气越稀薄，探测器就能捕获到更多的目标粒子。也能获取更准确的数据。”曹臻告诉记者，除了海拔因素外，科学家的身体可承受的海拔高度，也是选址的考虑因素。因此海拔4000米是最合适的高度。而世界上，拥有4000米以上、适合建设高海拔观测站点的地方，只有南美洲的安第斯山脉和我国的青藏高原。而稻城的海子山就位于青藏高原之上。除了海拔因素，当地的交通、电力、通讯、水资源也是考虑因素。7年间，专家们对西藏、云南、四川、青海四个省的几十个地点进行了详细的评估，最终选择了四川稻城的海子山。“稻城高海拔，又有机场和稳定的电力、通讯条件，水资源充足，因此是最为优越的站址。”据了解，海子山距稻城亚丁机场仅10公里，平均海拔高度为4110米。目前，探测器的自主研制也已经完成，并在西藏羊八井开展了小规模试验。目前，国际上能够与海子山观测站比肩的探究宇宙线大型科学装置，只有阿根廷极高能宇宙线观测站、南极中微子天文台和智利契伦科夫望远镜阵列。海子山观测站的优势集中在宽视场的全天普查和高能区的精确测量。

   宇宙线是来自宇宙空间的高能粒子，“是人类目前能够从宇宙深处获得的唯一物质样本，宇宙线作为我们与浩瀚星空沟通的‘信使’。”宇宙线及其起源是人类探索宇宙及其演化的重要途径，自1912年宇宙线被发现以来，与之相关的研究已经获得了数枚诺贝尔奖牌，但人类始终没有发现宇宙线的起源，这成为困扰人类的“世纪之谜”，在21世纪重大科学问题中位列第五。LHAASO项目正是瞄准宇宙线起源这一重大科学难题而提出的。曹臻介绍，LHAASO探测阵列由3个主要的部分组成：首先是一个深5米、占地8万平方米的水池，这个完全密封、一片漆黑、面积有两个半北京“水立方”大小的水池，布满3000个左右的测量单元，能够收集到非常遥远的星体。第二部分是一个约1平方公里的复合地面阵列，约5200个闪烁体探测器按边长15米的正三角形点阵来排布，同时在2.5米的地下每隔30米布设约1200个缪子探测器，用于探测能量稍高的宇宙线伽马光子。第三类装置由12个望远镜系统组成，用于能量更高的宇宙线能谱高精度测量。这三类探测器彼此联动，组成巨大的复合探测装置。

项目负责人李昆鹏透露，这些装置修建好后，将埋在地下，地面上将被恢复成原样。不会破坏海子山的自然景观，还有望形成集科考、旅游等于一体的景点。

   这是世界上海拔最高、规模最大、灵敏度最强的宇宙射线探测装置。科学家希望借此捕获来自遥远深空的神秘粒子，取得一系列研究成果，比如，“如果最终找到宇宙线的起源位置，或许就会知道宇宙究竟从何而来。”

   建复合探测器阵列 四川望远镜打开“宇宙之眼”

   “LHAASO项目如同一道在海拔4400米以上拉起的恢恢天网，将成为全球覆盖能量范围最大的宇宙线探测设备，随时等待捕捉落入地球的新秘密。”曹臻说，“该项目集合了三个世界之最。一是在1万亿电子伏特附近的甚高能伽马射线巡天探测方面，灵敏度世界第一；二是100万亿电子伏特附近的高能段伽马射线探测方面，灵敏度世界第一；三是三类探测器复合，覆盖的宇宙线能量测量范围世界最广。

   “利用如此精心布置的大型探测装置，理论上讲应该能找到宇宙线的起源，这也是LHAASO的核心目标。”曹臻说，另外它的发现还可能扩展到意想不到的领域，如捕捉到伽马暴，人类已知的最剧烈的天体爆炸过程，就有可能挑战爱因斯坦的相对论、经典引力理论等基本物理问题。

   在高能物理所副所长罗小安看来，这个观测站所能带来的不仅是科学上的突破。“作为我国大科学装置在西南地区的重要布局，高海拔宇宙线观测站将打造宇宙线研究和天文观测基地，建成国际领先水平的高海拔宇宙线研究中心，对当地的科技、文化教育、旅游以及地方经济发展产生积极影响。”面向国际基础研究重大前沿问题，冲击宇宙线起源的世纪之谜。充分发挥高海拔优势，精确测量膝区宇宙线分成份能谱；实现极高能宇宙线谱的完整一致测量，建成国际高海拔宇宙线研究中心。LHAASO项目将使我国筹建中的高海拔宇宙线观测站成为世界上四大宇宙线研究基地之一，使我国在这一领域的研究跻身于国际领先地位。

   投资12亿元 观测站落户稻城海子山

   在海子山散落着数米宽巨石的旷野上，一块有10个足球场大的圆形区域已经成型，挖土机忙着挖出3个“品”字形、深4.5米的巨型水池。

   正在建设的是国家重大科技基础设施——高海拔宇宙线观测站（LHAASO），预计明年年底部分投入运行。它的主要使命，是捕获高能的宇宙线并分析其来源和机理。这块1.36平方公里的荒芜高原，将成为人类破解宇宙演化秘密的最先进“探针”。

   曹臻介绍说，项目由国家发改委于2015年12月31日批准立项，预算12亿元，预计5年内建成。

   国家发改委投资9亿元建设该项目，而四川发改委也出资3亿元，同时中国科学院也将出资建设该项目。据悉，这是人类历史上耗资第二的宇宙线观测站。目前，项目团队已有100多人，接下来将吸纳外国科学家参与该项目，力求突破宇宙线起源这一谜题。高海拔宇宙线观测站建设周期为5年，投入运行后科学寿命在20年以上。