高海拔宇宙线观测站拉索进入科学运行阶段 成都“大脑”助它解码“天外来信”

【走进未来】

广袤宇宙中除了繁星，还有无数正以接近光速飞驰的宇宙线。

以宇宙线观测研究为核心的国家重大科技基础设施——高海拔宇宙线观测站拉索，位于四川省稻城县平均海拔4410米的海子山，占地面积约1.36平方公里。拉索由中国科学院和四川省人民政府共建，中国科学院成都分院与高能物理研究所联合承担，建设周期4年，总投资约12亿元。拉索主体工程于2017年11月动工，2019年4月完成1/4规模建设并投入科学运行。

近期，拉索通过性能工艺验收，这标志着其已经建成并正式进入科学运行阶段。预计今年底，拉索将完成国家验收所需程序。

在拉索建设过程中，“成都创新大脑”为其提供运行保障。西南交通大学从1989年开始参与宇宙线观测实验，是拉索项目建设的核心单位之一。在天府新区鹿溪智谷，天府宇宙线研究中心正在加速建设中。

它的身姿

用1.36平方公里的“圆盘”

捕获来自宇宙的“雨滴”

在风光旖旎的稻城，不仅有亚丁景区，还有一片“天阵”，这就是以宇宙线观测为核心的拉索。

从高处看，占地1.36平方公里的拉索就像一个巨大“圆盘”，被放置在群山之间。宇宙线是宇宙高能粒子流的总称，它就像是来自宇宙的雨滴，携带着各种神秘信息抵达地球。拉索就如同一个巨大的集雨装置，每天能捕获几十亿个高能宇宙线事例。当这些来自宇宙的粒子穿过稀薄的大气落到“圆盘”上时，科学家可以通过与“圆盘”相连的计算机，挖掘出粒子带来的信息，并由此触及宇宙的奥秘。

中国科学院高能所研究员、高海拔宇宙线观测站首席科学家曹臻告诉记者，近日，拉索又迎来了重要进展——由中国科学技术大学、中国科学院大学、中科院近代物理研究所、清华大学、复旦大学等单位的13位专家组成的验收专家组，对其进行了工艺验收。

曹臻介绍，在拉索建设过程中，项目团队攻克了一系列关键核心技术。例如：彻底改变了这类望远镜不能在月夜工作的传统观测模式，实现了有效观测时间的成倍增长；采用特殊的数据筛选技术，对海量数据进行无损压缩，实现从海子山到高能所的实时数据传输等。

工艺验收专家组认为，拉索充分利用高海拔地理优势，成为世界上规模最大、灵敏度最高的超高能伽马射线巡天望远镜和能量覆盖最宽广的国际领先宇宙线观测站。同时，拉索以远超国际上现有和在研伽马射线望远镜的探测灵敏度，在初步运行期间已取得突破性的重大科学成果，发现了银河系中广泛存在拍电子伏加速器，打开了超高能伽马射线观测窗口。

以探索高能宇宙线起源以及相关的宇宙演化、高能天体演化和暗物质研究为核心科学目标，这座高海拔宇宙线观测站每天可积累1.7亿个超高能宇宙线事例和20多亿个甚高能宇宙线事例。

它的发现

刚建成一半就发现高能粒子

研究成果登上《自然》《科学》

2020年，拉索刚建成一半阵列，“超出人们想象”的高能粒子降临在这个尚未完全成形的“圆盘”上。

“我们发现了能量超过拍电子伏的光子，还发现了12个稳定伽马射线源，能量一直延伸到1PeV（拍电子伏，1拍等于1000万亿）附近，甚至还探测到迄今人类从未见过的1.4PeV的最高能量伽马光子。”曹臻说，“这是位于高海拔宇宙线观测站视场内最明亮的一批银河系伽马射线源，测到的伽马光子信号高于背景7倍标准偏差以上，源的位置测量精度优于0.3°。”

曹臻表示，这次观测积累的数据还很有限，但所有能被拉索观测到的源，都具有0.1PeV以上的伽马辐射，也叫超高能伽马辐射。“这表明银河系内遍布拍电子伏加速器，而人类在地球上建造的最大加速器（欧洲核子研究中心的LHC）只能将粒子加速到0.01PeV。”

5月17日，该成果发表在《自然》上，被期刊专业副主编评价为“真正的突破”和“新时代的开始”。

一个多月后，7月9日，《科学》上又出现了来自拉索的研究成果：科研人员利用拉索精确测量了高能天文学标准烛光——蟹状星云的亮度，在更广的能量范围内为超高能伽马光源测定了新标准，并由此确定在大约仅为太阳系1/10大小的星云核心区内，存在能力超强的粒子加速器，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。

穿越千年，探秘宇宙。公元1054年7月4日，北宋天文观测部门——司天监发现开封府东南方向的天空中，出现了一颗极亮的大星，持续23天，即使在白天也能看见。古人记录的，正是金牛座方向距离地球6500光年的蟹状星云前身恒星初始爆炸时的情景。

“拉索的使命就是找到伽马射线源精细测量，并找到宇宙线被加速的证据。现在我们发现了12个稳定伽马射线源，其中至少有五个源与蟹状星云强度相当甚至更高，也就是说未来还有几十倍甚至上百倍的观测空间。”曹臻说。

大科学装置的建设，对相关产业也带来提升和影响。高能量的加速器，目前还没直接进入日常生活，但根据其原理建造的缩小版加速器已经变成医疗设备、工业探伤的重要手段。比如在一些大型医院里，加速器作为肿瘤治疗的基本手段，已经进入我们的生活。

它的大脑

天府宇宙线研究中心将成为

全国最大的宇宙线研究机构

在拉索建设过程中，“成都创新大脑”为其提供运行保障。西南交通大学从1989年开始参与宇宙线观测实验，是拉索项目建设的核心单位之一。

西南交通大学承担了广角切伦科夫/荧光望远镜阵列（WFCTA）激光标定和大气监测系统的建设任务，完成了3套激光标定系统的远程控制运行设计，编写并不断完善值班人员远程运行该系统手册。该系统于2020年10月成功运行，实现了对LHAASO-WFCTA的绝对标定和大气监测，填补了国际上在海拔4400米运用激光光束标定宇宙线探测器的空白。

WFCTA需要在晴朗的夜晚运行，参与每天夜间值班的队伍中有一半师生来自西南交通大学。西南交大的参与，使得WFCTA积累了两个观测季节的宝贵宇宙线观测数据。

除此之外，雷暴是拉索所在的高海拔区域常见的一种天气现象。西南交大负责拉索观测站大气电场仪的安装和运行，通过监测雷暴天气，对雷电活动进行仔细的观测研究，探秘雷电与宇宙线在大气中的神秘关联。

在天府新区鹿溪智谷，天府宇宙线研究中心正在加速建设中。“建设这个中心主要有两个目的，一方面利用拉索的数据进行科学研究以及相关的学术交流活动，另一方面进行探测器技术研发和储备，为将来的大科学装置和更高的科学目标做准备。”曹臻介绍，中心还承担着拉索运行所需的技术支撑任务。

据悉，该中心还将提供宇宙线数据服务、实验室开放平台、人员交流及科学普及等功能。同时，将建设宇宙线研究实验室，开展国际领先的宇宙线物理研究，开发先进的探测技术和快电子学技术，开展相关技术的应用推广。未来，该中心将成为全国最大的宇宙线研究机构。

【未来场域】

成都航空航天制造产业

发展态势良好

10月16日，神舟十三号载人飞船成功发射，成都籍航天员叶光富进入太空。

本次神舟十三号载人飞船发射任务中，中电科十所参与了运载火箭系统配套设备研发，如双频测速应答机、脉冲应答机、双频测速应答机天线等，特别是应答机作为运载火箭的“眼睛”，用以判断飞行是否正常，可以说是飞船安全运行的重要一环。

在中国航天业的漫长探索历史中，很多关键性技术、航空航天高质量精密部件中，都有“成都造”的身影。例如，4月29日，中国空间站核心舱成功发射。隶属四川航天技术研究院的四川航天燎原科技有限公司就承接了重要系统部件的生产制造。

在成都，航空航天产业蓬勃发展。瞄准建设航空经济之都，成都加快推动航空航天产业发展，“空天制造—航空运营—空港商贸”全产业链初步形成。随着成都天府国际机场的投运，成都航空航天产业版图不断拓展。2020年，成都市航空航天制造产业规模突破800亿元，同比增长超10%，发展态势良好。

【前沿对话】

中国科学院高能物理研究员、电磁粒子探测器阵列分总体副主任盛祥东：

沉默不语的“天外来客”

藏着宇宙的秘密

宇宙线是来自宇宙空间的高能粒子。盛祥东介绍，由于大气层的保护，高能粒子的能量在穿过大气层时，大部分都被吸收了，人体感知不到这些“天外来客”的造访。

但这些“沉默不语”的“客人”，又非常重要。作为来自外太空的唯一物质样品，宇宙线携带着其产生地“源”天体及其经过空间的宇观环境，乃至天体演化及宇宙早期的奥秘，因此被科学家认为是传递“宇宙大事件”的信使和发现“宇宙加速器”的探针。

人类研究宇宙线高能粒子的历史已超百年，相关研究获得了5枚诺贝尔奖牌，但它的起源和加速机制等依然未能完全解释。2008年，建设一个大型高海拔宇宙线观测站的项目开始了前期预研。历时6年，科学家在我国高海拔地区进行了广泛选址和实地踏勘调研，最终选定了稻城县海子山平均海拔为4410米的高地作为观测站站址。

本报记者 宋妍妍 中国科学院高能物理研究所供图