18万亿！全球首次，最高能量

↑ 全球最大、灵敏度最高的宇宙线观测站——国家重大科技基础设施高海拔宇宙线观测站（LHAASO，拉索）。10月9日21点17分，高海拔宇宙线观测站、高能爆发探索者和“慧眼”卫星同时探测到迄今最亮的伽马射线暴，打破了多项伽马射线暴观测纪录。摄影：四川日报记者何海洋（未经授权，请勿转载）

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↑ 上两图为水切伦科夫探测器和缪子探测器阵列丨图片由四川天府观潮文化传媒有限公司提供，摄影：吴远扬（未经授权，请勿转载）

星河浩瀚，宇宙无垠。

宇宙如何起源、如何演化、去向何方？宇宙之外是否还有宇宙？宇宙将永恒存在，还是终会消亡？……

↑ 宇宙银河丨来源：摄图网

今年10月，位于四川省甘孜州稻城县海子山的高海拔宇宙线观测站（LHAASO）与高能爆发探索者卫星、“慧眼”卫星，“天地”联合，同时探测到迄今最亮的伽马射线暴，打破了全球半个世纪以来的多项伽马射线暴观测纪录，在探索宇宙线起源这个世纪谜题方面，又向前跨越了一大步。

↑ 国家重大科技基础设施高海拔宇宙线观测站丨摄影：刘倩婷

今年6月，在兴隆湖畔，四川天府新区天府宇宙线研究中心正式投运，依托的正是位于稻城县海子山的国家重大科技基础设施——高海拔宇宙线观测站。中心凝聚相关领域的顶尖队伍，支撑LHAASO的科学运行，深度开展LHAASO的物理研究。

↑ 天府宇宙线研究中心位于四川天府新区中国科学院成都分院科学城园区丨摄影：刘倩婷

宇宙浩瀚，亦可丈量。

近日，从兴隆湖到海子山，小天先后走进四川天府新区天府宇宙线研究中心、国家重大科技基础设施高海拔宇宙线观测站（LHAASO），跟随中国科研工作者，接近宇宙线、了解宇宙线，探访中国科研人员如何探索宇宙的奥秘，推出系列报道《从兴隆湖到海子山》。

01

首次探测到迄今最亮的伽马射线暴

2022年10月9日21点17分，在高海拔宇宙线观测站的数据监测界面，水切伦科夫探测器阵列数据传来了一阵波动……

↑ 图中央为水切伦科夫探测器的屋顶，周围的小土堆是缪子探测器阵列，每个大概36平方米，其中放置了装有超纯水的高反射率水袋。图片由四川天府观潮文化传媒有限公司提供，摄影：吴远扬（未经授权，请勿转载）

随着情况上报，高海拔宇宙线观测站全线总动员，其他探测器阵列——地面簇射粒子探测器阵列（由电磁粒子探测器阵列和缪子探测器阵列组成）和广角切伦科夫望远镜也加入到捕捉、搜集天外来客的行列，研究人员们紧急集合、加速分析，得出初步结论——

高海拔宇宙线观测站的水切伦科夫探测器阵列探测到了大量的高能光子，由地面簇射粒子探测器阵列捕捉到的此次最高光子能量达到18万亿电子伏（TeV）。

↑ 10月21日，陈明君划着小船在水切伦科夫探测器阵列的水面上观察。摄影：四川日报记者何海洋（未经授权，请勿转载）

随后，研究人员们紧急结合拉索4个观测阵列记录数据、核实数据，得到最终结论——

高海拔宇宙线观测站（LHAASO）与高能爆发探索者（HEBS）、慧眼卫星（Insight-HXMT）同时探测到迄今最亮的伽马射线暴。这是一次“天地联合”探测。

02

什么是伽马射线暴？

那么问题来了，什么是伽马射线暴？

↑ 伽马天文示意图丨来源：成都科技

伽马射线暴是宇宙中最剧烈的天体爆发现象，首次发现于1960年代。伽马射线暴短至几毫秒，长达数小时，释放的能量超过太阳在其一生辐射能量的总和。

↑ 伽马射线暴烤焦地球示意图丨来源：青岛星趣天文爱好者

持续时间较长的伽马射线暴产生于比太阳大几十倍的恒星星体坍缩爆炸，而持续时间较短的伽马射线暴则产生于两个致密天体（比如黑洞或中子星）合并爆炸，后者还可能伴随发射引力波。这次高强度的爆发发生在距离地球两千多兆光年处，这么近距离的伽马射线爆发估计几十年甚至百年才出现一次。

↑ 高海拔宇宙线观测站接收到高能光子示意图丨来源：央视科教

在过去半个多世纪探测到的数千个伽马射线暴中，最高能量光子达到大约1万亿电子伏（TeV）。本次LHAASO以无与伦比的接收度探测到大量的高能光子，最高光子能量达到18 TeV。

↑ 拉索鸟瞰图丨图片由四川天府观潮文化传媒有限公司提供，摄影：吴远扬（未经授权，请勿转载）

此次拉索的探测结果已经引发了国际上巨大的反响，大量的相关研究迅速展开，涌现出关于新物理可能性的许多讨论。

同时，这些测量对宇宙中存在的背景光场等基本物理参数和模型将做出强烈的限制，预计产生重要的认知水平的提升。

03

天地联合观测，打破多项国际记录

↑ 高海拔宇宙线观测站鸟瞰图丨摄影：四川日报记者何海洋（未经授权，请勿转载）

在本次观测中，拉索将伽马射线暴光子最高能量记录提升了近20倍，在国际上首次打开了10TeV波段的伽马射线暴观测窗口，与慧眼卫星和高能爆发探索者观测一起，天地“携手”联合，发现了这个举世瞩目的事件，探测到了比以往人类观测到的最亮伽马射线暴亮了10倍以上。这些观测结果打破了多项伽马射线暴观测的记录，对于揭示伽马射线暴的爆发机制具有重要价值。

↑ 曹臻与拉索沙盘丨来源：中科院高能所

该伽马射线暴爆发后，拉索首席科学家、中国科学院高能物理所研究员曹臻带领团队迅速展开数据分析，在爆发后不到两天内就通过伽马射线暴协同观测网（Gamma-ray Coordinates Network，GCN）向国际同行发布了初步观测结果。

进一步的数据分析和科学研究正由LHAASO合作组成员全力开展。

↑ “慧眼”卫星测量到宇宙最强磁场丨来源：中科院之声

与此同时，慧眼卫星和高能爆发探索者观测运行团队、载荷团队和数据分析团队也迅速投入观测分析，并及时启动了机遇观测。

在团队的密切协作下，慧眼卫星和高能爆发探索者已经得到初步分析结果，并已通过天文电报（Astronomer’s Telegram）和GCN向国际同行发布。

↑ 高能爆发探索者（HEBS）于2022年7月27日发射，采用“怀柔一号”卫星所开创的新型探测技术。来源：中科院高能所

据了解，拉索是以宇宙线观测研究为核心的国家重大科技基础设施，由我国自主提出并设计建造，观测站位于四川省稻城县海拔4410米的海子山，占地面积约1.36平方公里。

↑ 水切伦科夫探测器屋顶鸟瞰图丨图片由四川天府观潮文化传媒有限公司提供，摄影：吴远扬（未经授权，请勿转载）

拉索工程于2021年7月完成建设，是世界上灵敏度最高的超高能伽马射线天文台，同时具有国际领先水平的甚高能伽马射线巡天普查灵敏度，捕捉和高统计量观测伽马射线暴是拉索的重要科学目标之一。此次亮度空前的伽马暴正好发生在拉索视场的中心附近，为完成此项科学目标奠定了强大的观测基础。

04

为什么要瞄准宇宙线？

除了科技进步，与人类也息息相关

↑ 宇宙银河丨来源：摄图网

宇宙线又被称作“银河陨石”，或者叫做传递宇宙大事件的“信使”。它们来自宇宙空间的高能粒子，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，时刻存在于我们的星球之上。它们时刻造访着我们的星球，并随时有可能在穿越着我们的身体。

1912 年，奥地利物理学家维克多·赫斯(Victor F. Hess)乘坐氢气球，测量高空空气的电离率。随着高度增加，电离率明显地加大。他得出的结论是：“这个观察结果最好的解释是有一种高穿透力的射线从上部进入大气层” 。

↑ 赫斯与他在气球实验中的照片(在气球里面的是赫斯)丨来源：中科院半导体所

维克多·赫斯(Victor F. Hess)因此获得了诺贝尔物理学奖。而后，关于宇宙线的研究先后在国际上获得6次诺贝尔奖。可见，研究宇宙线具有其重要意义和不可替代性。

但从宇宙线发现至今，关于其核心问题：起源、加速机制、星际空间传播，仍然是百年未解的世纪之谜。

但实际上人类的演化就是在宇宙线存在的环境下演化进行的，宇宙线已经成为了宇宙的重要部分。

曹臻表示：“正是对宇宙认识的好奇心的驱使，使得我们一定要去搞明白宇宙线作为宇宙的一部分，它到底是什么？在哪里产生的？这个谜题已经存在100多年了，变成基础科学研究的一个问题，这也是为什么我们现在做这个研究的道理。”

↑ 艺术家对高能宇宙线的想象丨来源：现代物理知识杂志

宇宙线的发现为当时的物理学家研究粒子物理学打开了一扇新的大门。由于当时我们并没有粒子加速器，想要研究高能粒子的唯一有效手段就只有宇宙射线。

随着研究的深入，人们发现宇宙线这个神秘的“天外来客”，竟然和人类的生活密切相关。

宇宙线能威胁运载火箭及宇宙飞船上电子元件的正常运转。有科学家认为恐龙的灭绝是由于某种原因导致地球暴露在强烈的宇宙线辐照下。宇宙线可能影响云和雷电的形成，影响地球气候。宇宙线可引起生物遗传物质变异，可能是物种进化的直接原因。

↑ 拉索在稻城县的测控基地展厅丨摄影：刘倩婷

而在具有国际影响力的重大成果不断产出的同时，探索宇宙线的加速器，也渐渐进入日常生活场景。

曹臻曾表示，高能量的加速器，虽然目前还没直接进入到与人息息相关日常生活中来。

但是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，已经进入了我们的生活。

“我们在东莞建设的散裂中子源，就是一个非常大的加速器。其产生的中子束流，其中一个作用就是用于治疗肿瘤的研究。高能量的加速器，对生活会越来越重要。”曹臻说道。

记者：饶颖、刘倩婷

编辑：刘江涛