雪山气球到太空：六十载铸就空间天文重器

“无尽的阴阳”雕塑矗立在高能研究所。

新华社北京6月18日电(记者曲婷、、全晓舒)在中国科学院高能物理研究所(以下简称高能研究所)的院子里，池的标志性雕塑《无尽的阴阳》颇有意思。据说它揭示了万物的“道”，这是东方哲学和高能物理所探讨的一个普遍问题。

中国第一颗成功发射的X射线天文卫星“眼睛”也需要探测宇宙深处的“万物之道”。它重约2.5吨，是空间科学试点项目中最重、最独特的卫星，可以称之为“巨大的重量”。

很少有人知道这颗卫星背后是一段崎岖而壮丽的“启蒙之旅”:60多年来，三代科学家从零开始，努力使中国的高能天体物理学从雪山、云室、高空气球到太空，一步一步走向基础科学的前沿。

[“雪山云室等兔子”

1954年，中国第一个宇宙射线实验室在云南东川的一座3200米高的山上建成。它被命名为“降雪站”。从1958年到1965年的七年间，由三个大云室组成的实验设备相继建成，使这个大云室成为当时世界上最大、最先进的同类仪器之一。

“降雪站”建于当年的云南高山上。(记者何梦手绘)

然而，云室的原理基本上就像“等兔子等植物”。只有能量极高的宇宙射线才能被捕获，如果它们只是入射的话，而且效率和精确度很难保证。

到1972年，欧洲核子研究中心和其他机构已经开始研究高能加速器。在这种背景下，同年9月，*总理指示高能物理和高能加速器的研究工作“这件事不能再拖延了”

1973年，中国科学院高能物理研究所成立，成立了以云南罗雪山宇宙线观测站研究人员为主体的宇宙线实验室。从那时起，用各种探测方法，如空间、地面和地下，对粒子天体物理学进行了实验研究。

高能研究所研究员张清楚地记得，他在1975年“上山”，参与了云室电子系统的改造。由于高山和危险的道路，科研人员不得不在一年多的时间里从海拔2000多米的铜矿区搬运蔬菜和大米。

“那时，我们有一个口号叫做:头顶蓝天，脚下白云。我们必须改造云室。”张回忆说，山上最大的敌人是寒冷和缺氧。一些身体不好的人甚至吐血。然而，这些年轻的物理学家相当乐观，他们不会忘记观察松鼠、落松和在浓密的云层中歌唱。

在新系统投入使用后的一年里，张和他的同事们值班时的主要工作就是等待爆炸的巨响响起，然后把剩下的时间用来看书。人们发现，真正的观测数据很少，甚至“很少”有用的数据，很难形成具有国际影响的结果。

这使李提贝、顾一栋、吴梅等一批年轻的物理学家认识到，他们必须发展积极的观测方法，向空间天文观测的“高地”前进。

[“HAPI”飞入平流层]

当时，他们决定在高空气球上安装探测宇宙高能粒子的仪器，并飞到平流层进行天体物理观测。

中国自主研发的高空气球飞入平流层。(记者何梦手绘)

在李体北的领导下，研究小组分为两个小组。其中一个小组由吴梅和卢领导，开发了一种载荷探测器。由顾一栋领导的另一个小组研究了气球投放。此外，马玉伟还负责数据分析平台的建设。

有效载荷小组的张回忆说，起初每个人都只能从日本和德国的书籍中了解空间观测者的概念并找到材料。即使是最简单的光电倍增管读出系统也受到了很大的影响。

开发气球的团队也遇到了很大的困难。没有计算机模拟来计算天花板和负载等设计参数。他们都依赖纸和笔的操作。首先，他们一个接一个地粘合报纸，像裁缝一样裁剪出所需的形状，然后把它们组合成模型。最后，他们一个接一个地切割气球材料，并把它们放在一起做成气球。

“零”产品诞生于1983年的中秋节。在河北省香河县，一个3000立方米的气球第一次飞入平流层，气球上有一个装满氢气的铝筐和一个泡沫包裹的探测器。

有趣的是，当探测完成时，每个人都有一颗“舔犊”的心，并讨论给它起个名字，为未来的系列探测“祝好运”。最后，李提贝提议使用英文缩写“HAPI”，它也采用谐音“高兴”的意思，每个人都欣然同意。

1984年5月23日，30000立方米的“HAPI 1号”高空气球首次对平流层蟹状星云脉冲星的33毫秒周期信号进行了x光观测。

1985年9月22日，一个带有HAPI-2的100，000立方米的气球幸运地观测到了黑洞候选天鹅座X-1的时间结构和能谱。

1987年，一颗超新星爆发了，只有南半球能观察到它。巴西是观察它的最好地方。尽管缺乏资金，中国科学家首次将“HAPI三号”带到海外参加国际天文联合观测。

最特别的是“HAPI-4”，因为它验证了李提贝和吴梅在1992年提出的直接解调成像方法。与西方科学界复杂而昂贵的编码孔径成像方法相比，这种方法质量“难以置信”，价格低廉，但也有人对此表示怀疑。

1993年9月25日，“HAPI 4号”上升到36-38公里的高度，扫描“天鹅座X-1”大约一个小时。结果表明，HAPI-4的成像质量优于大编码孔径成像望远镜。

到目前为止，HAPI系列探测器已经完成了连接过去和未来的使命。1993年，硬X射线调制望远镜项目被提出，并于2011年3月正式成立。

[“神舟”、“嫦娥”和“天宫”开启太空观测]

1992年9月21日，中国载人航天工程启动。根据计划，神舟二号飞船将携带超软x光、x光和伽马射线探测器。x光探测器是HXMT望远镜的原始设计。

月球车展开机械臂进行部署检测。(记者何梦手绘)

经过近八年的发展，2001年1月10日，被称为“太空实验舱”的神舟二号发射升空。航天器头部的探测器成功观测到近30次宇宙伽马射线爆发和近100次太阳耀斑的X射线和伽马射线爆发。这是中国科学家首次获得距地球350公里至400公里高度的空间天文观测数据，意义重大。

2007年，X射线光谱仪跟随嫦娥一号到达距离地球38万公里的深空。中国首次获得了第一手月球元素数据，这将有助于人类探索月球的起源。

2010年10月1日，嫦娥二号成功发射了空间高分辨率X射线光谱仪。在月球轨道运行195天后，通过数据分析，获得了基于X射线观测数据的国际首个全月铝分布。这种“跨越式”观测还获得了中国最高分辨率的太阳x光能谱，这提高了人类对太阳和地球之间空间环境的了解。

2013年12月14日，“嫦娥三号”卫星稳稳地落在月球上，并对月球表面进行了一次巡视。几个小时后，月球车“玉兔”与着陆器分离，迈出了又一个历史性的步骤。“玉兔”机械手前面是高能研究所科学家研制的粒子激发x光光谱仪。

2016年9月，一个看起来像一盒方形蛋糕、被科学家们戏称为“小蜜蜂”的探测器，在发射的“天宫二号”上“伸开手脚”，用它复杂的“眼睛”找到宇宙中最明亮的爆炸——伽马射线爆发。

哈勃望远镜项目的首席科学家张双南透露，哈勃望远镜主要研究银河系中的天体。将来，新的天文卫星也可能对其中一些天体进行精细研究，同时观察邻近的宇宙。"下一步，我们想把我们的研究扩展到整个宇宙."