“观天逐日”——探秘四川稻城大科学装置

xinwen.mobi · 发表于 2025-11-20 11:24:24

“观天逐日”——探秘四川稻城大科学装置
荒芜辽阔的海子山上，大小湖泊如星辰落地，一张覆盖面积1.36平方公里的大网静静铺展，昼夜不停地捕捉着“天外来客”的踪迹。

平均海拔超过4400米的稻城海子山上，高海拔宇宙线观测站（LHAASO，简称“拉索”）犹如一张大网，静静等待着宇宙线的来访。

而在稻城县城不远的傍河边，313部直径6米的抛物面天线组成巨大的圆环，宛如散开的蒲公英，随着太阳转动。

这个人口仅约3万的高原小县，如今已成为中国深空探测的重镇。众多“追光”“问天”的科技工作者聚首于此，凭借一系列国家重大科技基础设施，不断拓展着人类认知的“视界”。

01 高原上的科学集群
地处青藏高原东南麓的四川甘孜藏族自治州稻城县，平均海拔约3750米。这里因高海拔、地面平整、交通便利、地方支持等有利条件，得到了越来越多科学家的青睐。

稻城海子山，古冰川地貌延绵不断，荒芜辽阔、巨石无数。在这片高寒缺氧、荒凉无边之地，中国科学家们为寻找宇宙线开垦拓荒。

“拉索”这一大科学装置自2016年开建以来，首席科学家曹臻院士已数不清多少次飞上高原了。

在“拉索”建成后，稻城又接连迎来新的重量级科学装置。从捕捉宇宙线的“拉索”到监测太阳的“圆环阵”，再到建设中的新一代太阳望远镜，稻城正成为中国深空探测的前沿高地。

02 捕捉宇宙信使
肉眼看不见的宇宙线是来自外太空的高能粒子流，它与电磁波、引力波并称为观测宇宙的三大“信使”。

自100多年前宇宙线被发现以来，相关研究不断取得新突破，但宇宙线起源和加速机制的问题一直是待解之谜。

“拉索”正是瞄准这一重大科学难题而建。从2009年在北京香山科学会议提出建设构想，到2015年定址海子山，再到2023年通过国家验收，曹臻带领团队历时14年，建成了我国自主设计建造的世界海拔最高、规模最大、灵敏度最强的伽马射线探测装置。

从高处俯瞰，“拉索”这张圆形大网，由诸多看似土堆的节点等组成。网内汇聚了捕捉宇宙线粒子的高手——采用4种先进探测技术的探测器近万个，组成大型复合探测阵列。

03 科学重器的工作原理
当宇宙线粒子来访地球，“拉索”的大网便开始精密捕捉。

位于大网中心的三个密闭“大水池”，是水切伦科夫探测器阵列，专伺捕捉宇宙线与大气层作用产生的“粒子雨”信息。

18个“蓝箱子”位于“大水池”外一侧，箱子里的广角切伦科夫望远镜，负责捕捉宇宙线与大气作用产生的微光来探测宇宙线。

5216个电磁粒子探测器与1188个缪子探测器散布在“大水池”四周，如同撒在大饼上的芝麻，组成地面簇射粒子探测器阵列，能寻找和筛选伽马光子。

这四大探测器系统相互配合，构成了捕捉宇宙线的天罗地网。

04 革命性发现
2025年11月16日，“拉索”向世界发布了重大发现：困扰学界多年的宇宙线“膝”形成之谜，首次获得了关键性观测证据。

宇宙线能谱在约3拍电子伏特能量处，出现了一个独特的拐折结构，因形似人的膝盖，被称为“膝”结构。

这一结构深刻关联着宇宙线的来源和它们在宇宙空间中的旅行方式。

“拉索”首次系统性地探测到来自5个微类星体的超高能伽马射线。

这项发现表明，黑洞吸积驱动的微类星体是银河系中强大的粒子加速器，能够将质子加速至拍电子伏能段。

“我们找到了这样的源，而且它的能量足够高。”曹臻解释道，“这就像我们之前只知道有高中、大学，现在发现了一个能培养出‘博士生’的‘顶尖学府’。”

05 逐日而动的“千眼天珠”
从“拉索”装置向东南一个多小时的车程，稻城县城旁边的一块草场上，安置着目前全球规模最大的综合孔径射电望远镜——圆环阵太阳射电成像望远镜。

313部直径6米的抛物面天线，以一座百米高的定标塔为圆心，均匀分布在1公里直径的圆环上，像向日葵般跟随太阳转动。

“圆环阵”的主要任务是监测地球空间天气事件的主要源头——太阳爆发活动。

“太阳‘打喷嚏’，地球空间天气等可能会‘感冒’，为地球提供监测服务的科学设备也会受到影响。”

中国科学院国家空间科学中心研究员阎敬业解释说。

2023年9月，通过工艺验收的“圆环阵”精准“预报”了一次太阳爆发事件，仅使用圆环阵探测的图像和频谱，就实现了1.5亿公里传播时间预报，误差低于1.16个小时，使空间天气预报更精准。

06 新一代太阳望远镜
在海拔4700米的稻城无名山上，“2.5米大视场高分辨率太阳望远镜”配套项目的基建现场正紧锣密鼓施工。

目前，望远镜本体即将建造完毕。望远镜计划在2026年底完成配套项目基建及望远镜总装，并进行整体性能调试，将成为全球最大的轴对称太阳望远镜。

“它的特点藏在名字里。”项目组成员、中国科学院光电技术研究所研究员张兰强介绍，所谓“大视场”是指看得全，“高分辨率”是指看得清。

这台望远镜主镜口径达2.5米，具备7角分圆视场，将视场范围扩大至现有设备的3—4倍，能完整覆盖整个太阳活动区。

07 挑战与突破
高海拔为天文观测提供了绝佳环境的同时，也意味着在观测站的生活和工作条件艰苦。

“2014年秋天，第一次来海子山踏勘选址就遇到了狼，就在山头蹲着。山上没有房屋，晚上扎帐篷睡觉，狼群就在附近边转边叫。”回忆起当时情景，曹臻眼中依然闪着光。

2016年，作为第一批“拓荒者”，“拉索”项目运维负责人吴超勇等人“上山”清理漂砾、平整土地。

“遍地是有整间屋子大小的石头，稍有不慎就会踏入沼泽，一脚下去水没过大腿。”这是吴超勇对海子山的最初印象。

“拉索”很多不起眼的“部件”都有极其严苛的基建指标。基地三个“大水池”就是科研建设啃下的“硬骨头”。

“为捕捉粒子在水中发出的微光，水体建筑必须绝对防光；要确保水底探测设备正常工作，需满足冬季水体不能结冰等要求。”吴超勇举例说。

08 未来展望
“拉索”这张大网面积还在拓展。 “蓝箱子”旁，科研人员和工人裹着棉衣正抓紧装调和检测成像大气切伦科夫望远镜。

直径6米的圆盘上，54片反射镜闪闪发亮——这就是曹臻牵挂的大型超高能伽马源立体跟踪装置。

这样的望远镜在“拉索”大网内将陆续布局32台。凭借“拉索”这一观天利器，中国科学家已率先触摸到宇宙线起源的答案轮廓，而新装备要让答案更加清晰。

“相当于给‘拉索’增加了一双火眼金睛，使其空间分辨率提升5倍以上。这将助力‘拉索’看得更清楚。”曹臻说。

如今，稻城已成为世界级的天文观测集群。从荒原无人区到科研无人区，新时代中国科技创新步伐铿锵。

未来，随着更多类型观天神器汇集，这座高原小县将继续揭开更多关于宇宙的奥秘，为拓展人类认知边界作出不可替代的贡献。

正如曹臻所说：“除了‘拉索’‘圆环阵’，新的大科学装置接踵而至。这里正成为中国深空探测的前沿高地，成为科学的热土。”

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