“高海拔宇宙線觀測站”設(shè)計圖

據(jù)新華社報道，2016年7月，我國最新天文大科學(xué)裝置——“高海拔宇宙線觀測站”（LHAASO）項目在四川省稻城縣海子山開始基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，預(yù)計5年內(nèi)建成。

香港《南華早報》網(wǎng)站8月1日關(guān)注了這個世界上海拔最高、規(guī)模最大、靈敏度最強的宇宙射線探測裝置。報道稱，科學(xué)家打算修建一個容積超過北京“水立方”兩倍的水池，希望捕獲來自遙遠深空的神秘粒子，借此取得一系列研究成果，比如證明愛因斯坦的宇宙理論有錯誤。

挑戰(zhàn)宇宙前沿理論 《自然》稱中國不再只是“新星”

攜帶著宇宙起源、天體演化、地球空間環(huán)境等科學(xué)信息的宇宙線，是來自宇宙空間的高能粒子流。但宇宙線發(fā)現(xiàn)100多年來，源頭從未被找到。高海拔宇宙線觀測站項目的核心目標，就是找到宇宙線起源，向這一“世紀之謎”發(fā)起沖擊。

LHAASO項目首席科學(xué)家曹臻說，“理論上講，我們的裝置應(yīng)該能找到宇宙線的起源。另外，如此大型的探測裝置，還可能有很多意想不到的發(fā)現(xiàn)，比如發(fā)現(xiàn)高能量的伽瑪暴，挑戰(zhàn)愛因斯坦的相對論、經(jīng)典引力理論等基本物理問題。”

預(yù)算高達12億元人民幣的“高海拔宇宙線觀測站”，只是中國2012-2030年優(yōu)先規(guī)劃的16項重大科技基礎(chǔ)設(shè)施之一。

《南華早報》也注意到，近年來中國的大規(guī)模硬件項目進展迅速，世界最大的射電望遠鏡已在貴州完工，世界首顆量子衛(wèi)星即將升空，而政府還在考慮更加宏偉的項目，比如世界最大的粒子對撞機以及載人火星探測工程。

中國去年的研發(fā)經(jīng)費投入總量相當(dāng)于國內(nèi)生產(chǎn)總值的2%以上，研發(fā)投入規(guī)模在全球僅次于美國。

英國著名科學(xué)刊物《自然》每四年評選一次全球科研“新星”，列出那些在科研領(lǐng)域迅速崛起的國家。最新榜單上有印度、波蘭和沙特阿拉伯，但中國首次“落選”了。

《自然》雜志表示，“中國在高質(zhì)量研究產(chǎn)出方面的突出增長已經(jīng)成為常態(tài)，所以我們不再將中國視為新星”。

宇宙線：記錄宇宙大事件的“隕石”

據(jù)新華每日電訊報道，宇宙線又稱宇宙射線，是來自宇宙空間的高能粒子流。從成分看，宇宙線粒子的組成中質(zhì)子約占90%，氦原子核(阿爾法粒子)占9%，其余是重原子核、電子以及少量反物質(zhì)粒子。這些粒子，基本上以接近光速運動傳播。

“天文學(xué)的傳統(tǒng)研究對象大多是電磁波，但是宇宙線，卻是人類目前能夠從宇宙深處獲得的唯一物質(zhì)樣本。”高海拔宇宙線觀測站項目首席科學(xué)家、中科院高能物理研究所研究員曹臻說。他解釋說，光以及其他電磁波，是一系列天體事件發(fā)生時相伴而生的“信號”，人類研究這些“信號”，進而對物質(zhì)的性質(zhì)展開推斷。而宇宙線，是組成物質(zhì)本身的粒子直接傳播到地球。這就好比用望遠鏡觀測月球、和去到月球表面取回樣品來研究的區(qū)別，宇宙線中包含著許多電磁波無法傳遞的信息，也正因此，科學(xué)家將其形象地稱為“宇宙隕石”，視之為傳遞“宇宙大事件”的“信使”。

自20世紀初以來，人類對宇宙線的探索從未中斷。1912年，奧地利物理學(xué)家赫斯(Hess)乘坐熱氣球在空氣電離實驗中首次發(fā)現(xiàn)了宇宙線。此后100多年間，各國科學(xué)家又多次在熱氣球、地表、甚至衛(wèi)星上安裝探測器，試圖進一步揭示宇宙線的奧秘。

“但是相對電磁波來說，宇宙線的研究更加困難。宇宙線是帶電粒子，碰到宇宙中無處不在的磁場就會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這給尋找其起源的科研工作帶來很大難度。”高海拔宇宙線觀測站項目科學(xué)組成員、南京大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院教授王祥玉舉例說，比如光是直線傳播的，所以我們觀測到太陽光就能知道太陽所在的方向。但是宇宙線可能在電場、磁場中發(fā)生了很多次方向偏轉(zhuǎn)，無法推測來源方位。此外，宇宙線進入大氣層以后還會與其中原子核碰撞、被大量吸收，因此大部分原初宇宙線在地球表面已經(jīng)無法觀察了。

為了克服這些困難，科學(xué)家不斷進行嘗試。50年代以前，科學(xué)家多利用“云霧室”——一種充滿飽和蒸汽的設(shè)備——結(jié)合照相機來成像宇宙線粒子經(jīng)過形成的徑跡。這種方法只能研究宇宙線粒子在空氣中相互作用后產(chǎn)生的次級粒子。為了能夠研究原初宇宙線自身以及相關(guān)的天文學(xué)問題，人們又發(fā)明了間接探測方法，通過在地表布設(shè)探測器陣列，全面捕捉宇宙線與大氣作用后到達地面的次級粒子，以此反推宇宙線本身的性質(zhì)。

“從1956年建立云南落雪山宇宙線站起，我國也一直積極推進宇宙線研究。現(xiàn)在，位于我國西藏羊八井的國際宇宙線觀測站已成為重要的宇宙線觀測窗口，去年發(fā)射升空的暗物質(zhì)衛(wèi)星‘悟空’，也載有極高能量分辨率的高能宇宙線粒子的探測裝置，隨著科技發(fā)展，人類對宇宙線的探索也會不斷前進。”王祥玉說。