器以载道 | 拉索：捕捉来自宇宙深处的神秘信使

高海拔宇宙线观测站“拉索”（LHAASO）是观测宇宙线的大科学装置。它如同一张精密布设的“天网”，日夜捕捉来自宇宙深处的神秘信使，推开一扇探索宇宙奥秘的新大门。

在平均海拔4410米的四川稻城县海子山，一片规模宏大、排列整齐的探测器阵列静静矗立，宛若一枚巨大的“古铜钱”镶嵌在青藏高原最大的古冰川遗迹之上。从高空俯瞰，这个直径1.3公里的“铜钱”阵列，由5216个电磁粒子探测器、1188个缪子探测器、7.8万平方米的水切伦科夫探测器阵列和18台广角切伦科夫望远镜精密组成，总面积相当于190个标准足球场。这就是“拉索”。

晨曦中的“拉索观测站” 图片来源：新华社

缘起

百年追问与几代人的坚守

宇宙线，被科学家形象地称为“天外来信”，是来自外太空的高能粒子流。自1912年被奥地利科学家赫斯在气球实验中发现以来，其起源与加速机制始终是国际物理学界悬而未决的世纪难题，更被列为“新世纪11个科学问题”之一。这些看不见摸不着的粒子，每时每刻以不同角度闯入地球，携带着宇宙起源、天体演化、太阳活动及地球空间环境等重要科学信息，成为人类探索宇宙的重要窗口。

为破解这一谜题，我国科学家从20世纪50年代起便踏上高海拔宇宙线观测的征程。从海拔3180米的云南落雪山宇宙线实验室，到4300米的西藏羊八井国际宇宙线观测站，几代科研人员在雪域高原上接力探索。而“拉索”，正是我国第三代宇宙线观测站，承载着接续探索的使命，其核心科学目标直指“高能宇宙线起源”这一世纪之谜。

选址，成为项目落地的首道难关。从2009年提出构想到2015年最终定址，团队带着设计方案，历时6年，几乎跑遍西藏、青海、云南、四川四省区所有具备高海拔特征的区域。最终，稻城县海子山以其独特的综合优势脱颖而出：这里海拔高达4410米，能有效减少大气对宇宙线测量的不利影响；1.36平方公里的平坦场地最大高差仅30米，满足大阵列布局需求；距离国道仅百米之遥，距稻城亚丁机场约10公里，交通便利；优质水源丰富，特别适合大量使用水为探测介质的探测器设计；主干通信光纤网距站址仅200米，确保海量数据传输。

然而，高原环境的严酷远超想象。高寒、缺氧、强风、低温……年平均气温接近零度，每年有效施工期仅半年，但科研人员无一退缩，与建筑队一同坚守。

正是这份“用一半的氧气干双倍的活”的信念，支撑着他们在“连牦牛都不去的地方”，在“碎石多，高差大，行走都难”的环境中，建立起世界领先的大科学装置。

“吉林一号”卫星影像中的“拉索” 图片来源：中国科学院高能物理研究所

建设

青春赛道上的中国速度

“拉索”不仅是一座观测站，更是一支以青年为主力的科研团队奋斗的缩影。团队中35周岁以下青年占比约63%，他们在高原上挥洒青春，实现多项关键技术的自主创新。2024年，这支年轻的团队荣获第二十八届“中国青年五四奖章”，这是对他们坚守与创新的最好肯定。

“边建设、边运行”的策略，让“拉索”在建设期便频传捷报。从2017年主体工程启动，到2023年全阵列建成，仅用4年时间，创造了高山宇宙线观测站建设的世界纪录。团队通过自主创新和国际合作，完成了多项关键核心技术攻关：首次在大视场成像切伦科夫望远镜中大规模使用新型硅光电管，改变了这类望远镜不能在月夜工作的传统观测模式；发展了基于“小白兔”技术（高精度多节点远距离时钟分配与同步系统）的高精度时钟同步技术，远距离同步精度提升到0.2纳秒，达到国际领先水平；采用国产20英寸超大型光电倍增管，将时间响应提高了3倍；把观测阈能从3000亿电子伏降低到700亿电子伏，大大提升了观测能力。

工作人员在一台广角切伦科夫望远镜上检查成像部件 图片来源：新华社

拼搏，换来的是“建成即领先”的成果。2023年，仅建成一半的“拉索”便发现了12个超高能伽马射线源，记录到能量达1.4拍电子伏的光子，这是人类迄今观测到的最高能量光子，突破了传统理论对银河系粒子加速能量极限的认知。2023年，它又精确测定了标准烛光蟹状星云的超高能段亮度，在0.5万亿到1100万亿电子伏的宽广范围内进行了精确测量，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。

最令人振奋的是2023年10月9日，“拉索”成功捕捉到编号GRB 221009A的伽马射线暴，这是人类迄今观测到的最亮伽马射线暴。“大家做了一个估算，在这么高能量、这么近的距离，能够发现一个刚爆的伽马射线暴，大概1000年才会出现一次。”北京大学物理学院教授马伯强激动地表示。这次观测将伽马射线暴光子最高能量纪录提升了十多倍，在国际上首次打开10万亿电子伏波段的伽马射线暴观测窗口。

“拉索”探测伽马射线暴（GRB 221009A）艺术图 图片来源：中国科学院高能物理研究所

未来

从海子山走向全宇宙

“拉索”的建成不是终点，而是一个新起点。作为国际粒子天体物理三大实验设施之一，它已成为全球科学家探索极端宇宙的重要平台。如今，在顺利通过国家验收后，“拉索”正站在新的起点整装待发，向着更深远的科学目标迈进。

数据是“拉索”最宝贵的产出。位于成都天府新区的“天府宇宙线研究中心”拥有宇宙线研究室、探测技术研究室、高海拔观测及验证实验室，是“拉索”数据的分析高地和科研大脑。

视野，正从北半球延伸至全宇宙。团队正积极参与“南天大视场伽马射线天文台（SWGO）”的酝酿，计划在南半球建设一个规模更大、视场更广的观测装置。拉索位于北半球看北天区，在南半球建设一个类似拉索的项目，就可以与拉索项目南北合作，进行包含银心区域的近乎全天区的巡天扫描和时域天文研究。

与此同时，“拉索”本身也在持续升级。团队计划在已有的4种探测器阵列之外，新增一个由32台望远镜组成的新阵列。

观测站上方的星空 图片来源：中国科学院高能物理研究所

“宇宙无限，信使有痕”，矗立在“拉索”基地大门两侧立柱上的这八个大字，道尽了宇宙线研究的深远意义。在这片曾被称为“连牦牛都不去”的高原上，一群问天求索的科研人，用青春与智慧建造起观天巨眼，以中国速度与精度，书写着人类探索宇宙的新篇章。

参考资料：

1.“中央共青团”公众号.堪称奇迹！人称“连牦牛都不去的地方”被中国年轻人“征服”了！

2.“中国科学院高能物理研究所”公众号.曹臻院士：“拉索”如何接收“宇宙来信”

3.“中国科普网”公众号.头条 | 在4410米的世界屋脊，向百年未解之谜发起冲击

4.“科技导报”公众号.“拉索”探寻高能宇宙线起源

5.“中国科学院高能物理研究所”公众号.望宇问天的“超级望远镜” 探访高海拔宇宙线观测站

6.“科技工作者”公众号.高原上的宇宙守望者

制作：北京市科协融媒体中心