在地球高点接收“天外问候”

新华社上海12月12日电:在地球最高点接受“来自外太空的问候”——揭开探索宇宙射线起源的“18件武器”

新华社记者周琳和程思琪

从11日至12日在上海举行的第八届高空宇宙线探测研讨会上，记者了解到，中国天文科学仪器——高空宇宙线观测站工程已进入集中建设期。

宇宙射线携带宇宙起源、天体演化和太阳活动等宇宙信息，是一种宝贵的科学资源。它的“诞生地”在哪里？为什么人类能以如此高的能量解决这个困扰了数百年的世纪难题？让我们来听听这些“信号追逐者”，揭开宇宙射线探索的“18种武器”。

“耳语”的发源地在哪里？

宇宙射线，也称为宇宙射线，是来自太空的高能粒子流。天文学中的大多数传统研究方法是电磁波，但宇宙射线是唯一能从宇宙深处获得的物质样本中国科学院高能物理研究所研究员、高空宇宙线观测项目首席科学家曹真说。

宇宙射线是组成物质并直接传输到地球的粒子。它们包含许多电磁波无法传输的信息。它们被形象地称为“宇宙陨石”。自从它在1912年被发现以来，已经有几个诺贝尔奖被授予与它相关的研究，但是迄今为止人类还没有找到它的起源。

南京大学天文与空间科学学院的王翔宇教授说，科学家们已经发现，银河系中心的超新星遗迹、星暴星系和超大质量黑洞都具备产生宇宙射线的条件，但尚不清楚哪个是“诞生地”。

上海天文台研究员王忠祥一直在研究银河系中的宇宙射线。他引用宇宙射线作为历史的“信使”。公元1006年的宋朝，天空中出现了一颗超新星，在白天亮度最高的时候可以看到。1000多年后，科学家们仍在研究这颗超新星残骸中快速移动的粒子是否是宇宙射线的前身，以回应“宋朝的问候”。

科学家说人类已经有了加速粒子的方法，但是宇宙射线粒子的最高能量相当于人类加速器产生的最高能量粒子的十亿倍。曹真说，以目前的加速能量，我们已经在描述世界物质构成的“标准模型”中找到了所有的基本粒子，包括新发现的“上帝粒子”。如果你想看到更多的物理现象，你必须依靠更高的加速方法。探索高能宇宙射线的起源是一个可能的突破。

在“多信使”时代观察到的“18种武器”是什么？

有一个生动的比喻:每分钟只有一条宇宙射线穿过一个硬币大小的区域。如何才能准确捕捉到这种无形的“低语”？曹真说中微子望远镜可以安装在海底。你可以“爬山”并在高海拔建立观察站。你也可以“去天堂”，用粒子探测卫星进行搜索。

“宇宙射线的研究非常困难。宇宙射线是带电粒子，当它们遇到宇宙中普遍存在的磁场时会发生偏转。科学家试图选择光子和中微子作为研究对象和宇宙射线的伴生物。这两种粒子沿着直线运动，更容易追溯到它们产生的地方。”王翔宇说。

俄罗斯高能天体物理学家简·阿里是超高能中微子实验“G-Ton体积探测器”项目的负责人。他的方法是通过贝加尔湖1300米以下的多个探测器接收宇宙射线中微子信号。

简·阿里介绍说，贝加尔湖的冰层在冬天大约有60-90厘米厚，有时高达120厘米。科学家们驾驶一辆汽车在冰上打洞，并用锚链将探测器坠入湖中，使其位于750至1300米的深度。探测到的信号将通过电缆传输到水下约30米的集中器，然后通过湖底电缆传输到3公里外的岸上数据中心。

美国高能天体物理学家韦恩·斯普林格(Wayne springer)在北美第三高峰的4100米山坡上放置了大约300桶水，组成了高空水基什内尔科夫伽马射线天文台，每24小时可以看到2/3的天空。“三十万年前，一颗名为‘格明加’的中子星爆炸并形成了一颗脉冲星，它的粒子流仍在造访。”

日本东京大学教授丰田章男位于西班牙拉帕尔马岛，海拔2200米。他可以使用两台名为“魔法”的切伦科夫望远镜观察200多个高能伽马射线源。

“高空宇宙射线天文台”会带来什么样的期望？

2016年7月，“高空宇宙线观测站”开始在四川省道城县海拔4410米的海子山进行基础设施建设，预计5年内完成。"高空宇宙射线天文台项目是三个世界中最大的一个."该项目的首席硬件官何惠海表示:首先，1万亿电子伏附近的高能伽马射线探测灵敏度是世界上最高的；其次，高能伽马射线探测的灵敏度接近100万亿电子伏，是世界上最高的。第三种是三种探测器的组合，覆盖了世界上最广泛的宇宙射线能量测量。

根据报道，具有最高宇宙射线能量的粒子已经通过聚焦于极高能量的实验被观察到，例如FLYSEYE和AUGER。“高空宇宙射线天文台”的目标是找到从未被更高标准的探测器接收到的“最高能量光子”，并挑战宇宙射线起源的终极命题。

AUGER实验小组组长、高能宇宙射线物理学家Tina表示，“高空宇宙射线观测站”的国际合作条件已经成熟，将为探测高能宇宙射线提供新的“信使”。

“美国国际空间站将于2024年结束运行，希望中国的空间站可以用指挥棒连接起来。预计高空宇宙射线观测站将找到宇宙射线的源天体，为深入研究打开一扇窗，并为国际社会提供解决这一难题的钥匙。”中国科学院粒子天体物理重点实验室主任张双南说。