国家花费巨资建设的高海拔宇宙线观测站是用来干什么的？

我们国家花费12亿元，历时五年，在四川省稻城县4000多米高的海子山建成了一座高海拔宇宙线观测站。2023年正式通过国家验收，投入科学实验。

这座宇宙线观测站具体是干什么的呢？它的建设与使用对我们国家有哪些意义？下面就花点时间聊聊这个话题。

首先，我们聊聊宇宙线是怎么回事。

简单来说，宇宙线是指来自外太空、以接近光速运动的高能粒子流。

宇宙线主要来源于宇宙中各种剧烈运动的天体现象。

超新星爆发： 这是较低能量宇宙线的主要来源。爆炸产生的激波像一台巨大的粒子加速器，将粒子加速到极高能量。

活动星系核和类星体： 位于星系中心的超大质量黑洞在吞噬物质时，会释放出巨大的能量，并产生极高能的粒子。

伽马射线暴： 宇宙中最剧烈的爆炸，被认为是极高能宇宙线的潜在来源。

太阳会发射出较低能量的宇宙线（通常称为太阳宇宙线），特别是在太阳耀斑爆发期间。

高能宇宙线是自然界中能量最高的粒子。目前观测到的能量最高的宇宙线，其单个粒子的动能相当于一个职业棒球投手投出的快球（约100英里/小时）的能量。

想象一下，这些能量集中在一个亚原子粒子上，威力会有多大！

这比世界上最强大的粒子加速器所能产生的粒子能量还要高出数百万倍。

绝大多数宇宙线是带电粒子，这意味着它们在传播过程中会受到星际和星系际磁场的偏转，其飞行路径会发生弯曲。

因此，我们无法直接通过观测宇宙线来追溯其来源的方向（这与不受磁场影响的光子不同）。

这给寻找宇宙线的具体源头带来了巨大挑战，被称为“宇宙线溯源问题”。

其次，我们聊聊人类为什么要观测宇宙线？

宇宙线是来自深邃宇宙的“样本”，它们携带着宇宙深处的宝贵信息。

高能物理学家通过研究宇宙线做以下研究。

了解超新星、黑洞等极端天体的工作机制。

探寻宇宙的起源，发现暗物质和新粒子。

检验物理定律，如验证相对论，验证标准模型理论。

应用领域则研究宇宙线对地球环境和生命的影响，为人类的生成生活造福。如：

研究宇宙线对气候的潜在影响。有理论认为，宇宙线可能通过影响大气中云层的形成，间接地对地球气候产生微妙影响。

研究防范宇宙线对电子设备的破坏。这对航空航天、金融服务器、自动驾驶等高可靠性领域至关重要，需要进行“抗辐射加固”设计。

研究宇宙线对宇航员的辐射威胁。在地球大气层和磁场保护之外，宇宙线是宇航员面临的主要辐射风险之一。深入研究宇宙线对于评估长期太空任务（如火星探测）的风险并制定防护措施至关重要。

最后聊聊国家高海拔宇宙线观测站建设的过程

国家高海拔宇宙线观测站（LHAASO，简称“拉索”）坐落于四川省甘孜州稻城县海子山，海拔4410米，占地面积约1.36平方公里。‌‌总投资12亿。是继云南东川落雪山、西藏羊八井高山宇宙线观测站之后，我国建设的第三代高山宇宙线观测站。

‌“拉索”核心定位‌是世界上海拔最高、规模最大、灵敏度最强的宇宙线探测装置。旨在探索高能宇宙线起源及暗物质分布等基础科学研究。

“拉索”主要建设内容包括电磁粒子探测器阵列、缪子探测器阵列、水切伦科夫探测器阵列（WCDA）以及广角切伦科夫望远镜等。

集合地面电磁粒子探测器阵列（5216个）、缪子探测器阵列（1188个）、水切伦科夫探测器（7.8万㎡）和广角望远镜阵列（18台），实现伽马射线与宇宙线的全维度探测。‌‌

“拉索”的建设是在极端环境下攻克重重技术难题才完成的重大科技基础设施。

在海拔4410米的海子山建设“拉索”团队面临了极其严峻的挑战。

高寒缺氧的古冰帽遗迹，冬季最低温度可达零下35摄氏度，对施工人员的健康与安全构成巨大威胁。

海子山河流、沼泽、巨石遍布，为大规模探测器阵列的基建施工带来了巨大困难。

极其苛刻的技术与工程要求增加了施工难度。

探测器所用的光缆和光电复合缆均为非标定制产品，在高寒气候下施工难度大。

水切伦科夫探测器阵列（WCDA）需要在大面积的水池中全年蓄水，并达到避光、防渗、防尘、防污、防锈、防冻的"一避五防"工程标准。

在海拔4000多米的高山上实现这些，国内外均无先例可循。

此外，项目位于国家级自然保护区内，对环境保护的要求非常高。

高原每年有效的混凝土施工期不足半年，工期压力巨大。

施工现场很多地方手机信号不佳甚至没有信号，给人员留守和沟通协调带来困难。

如今，“拉索”已经通过国家验收，成为全球最大最先进的宇宙线探测基地。“拉索”必将为国家基础科学研究做出巨大的贡献。