研究宇宙线到底为了啥？会对人体造成伤害吗？新投用观测站在全球是什么水平？……关于宇宙线和观测站，你

川报观察记者 熊筱伟

如果把困扰人类的科学难题拉一个长长的清单，宇宙线一定在单子最前列。

研究了上百年、诞生了6枚诺贝尔奖牌……无数顶尖科学家前赴后继，却依然没有最终答案。它究竟是什么？为什么如此之难？又为什么值得人类如此痴迷？

至于头顶“全球灵敏度最高的同类宇宙线观测站”“国家重大科技基础设施”等等光环的高海拔宇宙线观测站，又究竟有哪些过人之处？它会在解决这个人类科学难题的过程中发挥怎样的作用?

为此记者特意梳理了6个问题，请教了国内相关专家。

问题一：首先，宇宙线究竟是什么啊？宇宙中为什么会有宇宙线？

清华大学物理系天体物理中心教授崔伟介绍，宇宙线即宇宙射线(cosmicrays)，是来自宇宙的高能粒子，以接近光速在宇宙中运行，从各个方向撞入地球。看具体构成，主要由质子和多种元素的原子核组成，并包括少量电子和光子、中微子。

根据公开资料，1912年，德国科学家韦克多·汉斯在乘气球升空测定空气电离度的实验中，发现电离室内的电流随海拔升高而变大，经过研究认定电流是来自地球以外一种穿透性极强的射线所产生，有人为之取名为“宇宙线”。

宇宙中为什么会有宇宙线？“超新星爆发、黑洞爆发、巨大星系之间的碰撞等激烈的宇宙事件，都可能产生高能粒子也就是宇宙线。” 四川大学物理科学与技术学院研究人员介绍，目前相关机制还没有完全弄清，但“简单来说，就像你撕纸，纸张也会溅出一些微小到难以察觉的‘碎屑’。”

问题二：为什么要持续关注研究宇宙线？它会改变我们的生活吗？

多位科学家都提到，研究宇宙线，是为了解读它传递的、关于宇宙的重要科学信息。

为什么它会携带关于宇宙的信息？这个问题不难，中国科学院高能物理研究所粒子天体物理中心副主任曹臻介绍，因为它们本身就是组成宇宙天体的物质成分。

那它们究竟携带了哪些信息？曹臻表示，总体而言至少携带了宇宙起源、天体演化、太阳活动及地球空间环境等重要科学信息。这些信息又带来更多有待解决的谜题。

曹臻只举了一个例子，就已经足够让人着迷——

在《三体》等科幻作品中，常常提到一个概念“粒子对撞机”。它和与之相关的实验在现实中真实存在，是人类探索世界规律的、最前沿的科学实验之一。

用粒子对撞机，人类已经能够产生高能粒子。但科学家在观测宇宙线时惊讶的发现，宇宙线中的一些高能粒子，其能量远远超出人类所能达到的水平。“人类花了300亿美元还做不出的效果，观测宇宙线时发现宇宙中早就存在了。”曹臻追问，这么高能量是怎么产生的？背后是什么加速原理？这都超出了人类现有知识的边界。

“通过观测，我们希望能去知道问题答案，去学习加速机制，没准在未来，我们可以用到这种加速机制来产生更高能量的高能粒子。” 曹臻介绍，目前全球最大的粒子加速器，有着长达27公里的环形隧道，“可能以后加速到同样效果，只要一张桌子大小的面积就够了。”

宇宙线研究，会改变我们生活吗?

“宇宙线研究属于基础研究，更多是认知宇宙规律、探寻“是什么”“为什么”，研究成果并不会直接作用于生活。”崔伟表示，但根据美国NASA等经验，为观测而研究的一些新技术，完全有可能转而为日常生活和产业发展做出贡献。

问题三：宇宙线会对人体造成影响吗？会使人身体发生变异甚至成为“超人”吗？

宇宙线无时不刻从宇宙中进入地球，会对人体造成什么影响？会有伤害吗？ 曹臻介绍，由于地球有大气层的保护，所以人类并不用担心——高能粒子的能量在穿过大气层的过程中，大部分都被吸收了。

但科学家也提到一个有趣的思想实验：如果没有大气层的话，宇宙线会对人造成怎样的影响？

“最高能量粒子打在人身上，就相当于费德勒这种顶尖网球手朝你脸上发球一样——那当然是非常疼的。”崔伟说，如果没有大气层，这还不是我们要最担心的，毕竟最高能量粒子落到地球，每平方公里一百年也才有一个。“但低能量的粒子很多，持续打在人身上，人也会受不了。”

另一个有趣的问题来自漫画或科幻作品，其中常常出现的桥段是宇宙线照射让人身体发生变异甚至成为“超人”，这会发生吗？曹臻的回答言简意赅，“不会”。

问题四：观测这件事到底有多难? 我们是怎么观测的？

观测宇宙线这件事能折腾人类上百年，显然不是一件容易事。

多位科学家提到，首先到达地球的宇宙线粒子就少之又少，能量越高的宇宙线也越稀少；其次不少粒子还被“污染了”，“不少宇宙线是带电粒子，在传播过程中就被宇宙中的磁场偏转了——也就是说它不是走直线，我们也就没有办法反推原初的方向信息，去推测它来自何方。”曹臻说。

崔伟说这也就是为什么观测站都有数量众多、类型各异的探测器。“有的善于捕捉高能粒子，有的善于捕捉低能粒子，彼此相互配合。我们希望得到的，是一张宇宙线能谱——从低能到高能，不同能量段分别有多少粒子。有了这么一张谱，就能从中分析出辐射机制等信息。”

问题五：高海拔宇宙线观测站为啥建在四川稻城？这是中国第一个宇宙线观测站吗？

高海拔宇宙线观测站为什么要建在稻城？

多位科学家都提到，因为这里够高、空间够大——宇宙线粒子在穿越大气层时会被大气阻挡。因此，海拔越高、大气越稀薄的地方，探测器就能捕获到更多的宇宙线粒子。而观测站最终选择的海子山，平均海拔达4410米；同时面积越大意味着探测器越多，才有可能捕捉到足够多可供研究的高能宇宙线样本。而当地地势平坦，有足够大的空间。

也有专家提到，当地有稳定的电力、通讯和水源条件。且10公里外就有稻城亚丁机场，有便利的交通和稳定的社会环境，方便科学家工作和生活，也有利于国际合作的开展。

这是中国第一个宇宙线观测站吗？

“不是，1992年中国就有了西藏羊八井实验宙线观测站。” 曹臻说他是入站工作的第一批工作人员，这个在西藏念青唐古拉山脚下的观测站已经开展了20多年的研究和观测。根据公开材料，中国的宇宙线研究始于1951年，是建国初期最早建立起来的物理学研究课题之一。

不过，高海拔宇宙线观测站的能力当然要强很多。“新观测站的灵敏度，是羊八井（实验宙线观测站）的至少56倍。新观测站建成后，羊八井的相关功能将逐渐转移过来。”曹臻表示。

问题六：从全球看，高海拔宇宙线观测站有多厉害？将承担怎样的功能？

多位科学家表示，高海拔宇宙线观测站建成后，将跻身四大宇宙线观测站之列。

其他三大观测站是几个？曹臻介绍，一个是位于南极的中微子天文观测站，第二个是位于南美阿根廷的极高能宇宙线观测站，还有一个是欧洲的伽马天文观测站。

四大宇宙线观测站各有优势。“大家是互补关系。我们主攻伽玛射线，这看起来和欧洲伽马天文观测站类似，但其实他们偏低能，我们主要观测更高能的伽马射线。”曹臻表示。

在它主攻方向，高海拔宇宙线观测站是全球最棒的。曹臻表示，目前投入观测的首批探测器，已经比目前世界上最灵敏的同类装置的灵敏度高出了约30%，“全部建成后更将高出数倍。”

崔伟介绍，伽玛射线是光子，因为不带电所以不会被宇宙中磁场扭曲，就有可能顺藤摸瓜，找到产生它们的地方，“当我们对这个地方有更清晰了解，就可能知道它是如何把粒子加速到这么高的机制。”

曹臻强调，宇宙线探测需要国际合作。高海拔宇宙线观测站首批探测器启动观测次日，来自中国、美国、日本、德国、法国、意大利、俄罗斯、瑞士等国都将赶赴现场考察，并对第一阶段的科学观测目标进行深入探讨，“只有合作，才能让宇宙线观测取得最快进展”。