备受瞩目的国家重大科技基础设施——高海拔宇宙线观测站经过近两年的建设终于迎来重大进展。
4月26日，高海拔宇宙线观测站项目首席科学家、中科院高能物理研究所研究员曹臻在四川成都宣布，该设施首批探测器当天正式投入科学观测。
真正的挑战来了！
高海拔宇宙线观测站是我国“十二五”期间启动的国家重大科技基础设施，英文简称LHAASO。
2017年6月，该观测站的主体工程在海拔4410米的四川省稻城县海子山启动，经过近2年的建设，观测阵列已初具规模。
该观测站主要通过宇宙线探测，向宇宙线起源这一“世纪难题”发起挑战，其建成后有望成为世界上最大规模的同类装置。
所谓宇宙线，是指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，时刻到访我们的星球。
这些宇宙线携带着宇宙起源、天体演化、太阳活动及地球空间环境等重要科学信息，因此又被称作“银河陨石”，或传递宇宙大事件的“信使”。
1912年，奥地利科学家赫斯首次发现宇宙线。此后的100年间，与之相关的探索与研究已经产生了6枚诺贝尔奖牌，但科学家却始终未能发现宇宙线的起源。
这也成为困扰人类的“世纪之谜”，在21世纪重大科学问题中位列第五。
如今，随着高海拔宇宙线观测站第一批科学观测的启动，来自中国本土的大科学装置，正式向这一世纪难题发起挑战。
据曹臻介绍，此次投入科学观测的探测器包括由900个探测单元组成的、灵敏面积达22500平方米的一号水切伦科夫探测器阵列，两台广角切伦科夫望远镜，180台电磁粒子探测器和80个缪子探测器。
这其中，水切伦科夫探测器阵列是观测阵列的主要科学设施，每天都能够对60%以上的天区进行一次扫描，可实现全天候的观测，不受日、月、星光及天气条件的影响。初步预计，每年有望探测到5万亿个宇宙线事例，获取4PB以上的观测数据。
曹臻说，此次投入观测的一号阵列，其巡天灵敏度比国际上最高灵敏度的同类装置高出30%，可以在伽马暴高能辐射探测、银河系外耀变源探测与观测、银河系内伽马射线源的深度观测等方面与国际同类实验展开合作研究，“从中有望找到属于宇宙线起源的证据。”
来点科学（ID：zqbscience）还了解到，高海拔宇宙线观测站完全建成后，探测器阵列将包括3个部分：由5195个电磁粒子探测器和1171个缪子探测器组成的地面簇射粒子阵列；78000平方米的水切伦科夫探测器阵列，分为3000个探测单元，安装在探测器“水池”中；12台广角切伦科夫望远镜。
截至目前，除已投入使用的探测器外，其他装置也正在建设之中，曹臻预计，工程将于2021年竣工。
拓展阅读
来自宇宙信使的一封信——
人类，你真能抓到我吗
作者：邱晨辉 王景烁
原载于中国青年报2017年6月12日
地球上的人类：
你们好！
我叫宇宙线，大名宇宙射线，是来自外太空的一种高能粒子。也许你从未听说过我，也不知道我从哪里来，又要到哪里去。但我对你们却并不陌生，我无时无刻不在地球上游荡。
不必讶异这一次我主动联系你们。
地球上的人类喜欢仰望星空，窥探宇宙起源的奥秘，400多年前你们中有个叫伽利略的，将凸凹透镜往星空一指，让人类拿起了望远镜这把观测宇宙的利器。直到1912年你们发现了我，兴奋得就像抓住了探索宇宙的最后一根稻草，说我是除陨石以外，来自宇宙的唯一物质样本。还把我称作“银河陨石”，是传递宇宙大事件的“信使”。
遗憾的是，100多年过去，你们仍没有搞清楚我究竟来自哪里，自然也无法推断出宇宙及其演化过程。在这场捉迷藏的游戏中，我的耐心几近耗尽。
公元2017年6月上旬的一天，一声“轰鸣”吵醒了我，似乎是你们人类挖掘机的声音，而且不止一辆。我定睛一瞧，在东半球的中国四川省稻城县，这个被你们称作“最后香格里拉”的地方，拉起一张大网，一个名为“高海拔宇宙线观测站（LHAASO）”的装置即将全面开工。
终于，你们又有大动作了！我有些欣慰，据说这个大装置一旦建成，将是世界上探测“最高能量伽马射线”的最灵敏探测器，说白了，就是最有可能“抓到”我的捕捉装置。
鉴于这场新的捕捉游戏才刚刚开始，我准备和你们交换一下意见，这也是我写这封信的缘故。
你们很聪明，知道在高海拔可以遇到更多的我，就把这台装置建在了海拔4410米的海子山。这天正赶上雨雪，加上荒芜的高原空气稀薄、寒风不定，你们中有人裹着大衣，还有人抱着便携式氧气瓶，一起来到这里，试着想象4年之后的大装置建成的样子。
人群中有一个叫曹臻的，据说是这个大装置LHAASO的首席科学家、中科院高能物理研究所研究员。这天，站在稻城海子山的巨石中间，面对广阔的高原，曹臻变得更加豪情满怀：眼下这里虽然还是花岗岩漂砾和冰蚀岩盆的地盘，但高海拔宇宙线观测站一旦建成，将会对解开“宇宙线”起源之谜形成强有力的冲击！
他在向我喊话！
不是我吹牛，想“抓到”我，谈何容易。你们不是没有尝试过。
一个多世纪以来，你们人类对我的“猎捕”手段可谓无所不用其极：“上天”，用粒子探测卫星在大气层外或大气层顶部试着直接找到我；“入地”，在世界屋脊青藏高原之上羊八井打下大型观测站；“下海”，在南极冰层下2400米深处安装巨型中微子望远镜。
然而，我的身世依然是个“谜”，在你们人类物理学界列出的21世纪科学问题中，有关我的起源之谜排在第五位。和我有关的探索与研究已经产生了6枚诺贝尔奖牌——据说是你们人类评选的科学界最高荣誉。
你们有一位科学家在这件事上看得比较明白，他叫何会海，是这个大装置项目的副经理、中科院高能物理研究所研究员。他就跟来访的记者说，探索“宇宙线起源”之所以很难，在于“宇宙线”能量越高，所代表的宇宙活动就越剧烈，但数量越稀少。
换句话说，我们宇宙线的数量和能量成反比，粒子能量每上升10倍，粒子数量就会下降1000倍，所以我的同胞最终能到达地球的少之又少。
有人打过一个比方，每过一分钟，才约有一个宇宙线穿过一枚硬币大小的面积，如此一来，人类对我们这些用肉眼看不见的“天外来客”自是浑然不觉。
其实，还有个重要原因，我们宇宙线家族，通常都是带电的高能粒子，在飞行的过程中，不可避免地会被宇宙中无处不在的星际磁场“拽着走”，等到了你们地球，早已经失去了最初的方向信息，如此你们也就没法反推我们来自何方。
换句话说，即便“抓到”了我们，我们也没法供出我们的“基地”在哪儿。
好在，我的同胞中有一些另类的兄弟，一个是伽马射线，一个是中微子，他们俩在磁场中穿行不受磁场的“拖拽”偏转，可以指向“源”的方向。此外，一些极高能量的粒子，在宇宙磁场中的“拖拽”偏转微小到可以忽略不计,也可以用来探寻我们的起源地。
也因此，在地面观测中，伽马射线、中微子、极高能粒子这三类同胞，成了你们的重点“抓捕”对象。按照曹臻的说法，目前你们人类科学家已经发现180多个“高能伽马射线源”，诸如超新星爆发、黑洞爆发、巨大星系之间的碰撞等，都可能是你们要找的“源”。不过，到底谁才是真正的“源”，还需要继续寻找证据。
这也是为何你们不惜花费10多亿元人民币，来布下LHAASO这张大网的主要原因。
——你们把LHAASO建在高山之上，希望充分利用大气作为探测介质和在地面进行观测的手段，扩大探测器规模，提高灵敏度。据说，美国一个探测装置工作一段时间后，从海拔2700米移师4100米的高山站址，借此将灵敏度提高十几倍。
——你们把LHAASO建得足够大，甚至将建成世界上最大规模的同类装置，则是因为你们笃定“观测面积越大”，“抓到”我们的可能性也就越大。
按照你们的设想，组成LHAASO大装置的四类灵敏度极高的探测器阵列——5195个电磁粒子探测器“小方块”， 1171个缪子探测器“大鼓包”，有两个半北京“水立方”那么大的“水池”水切伦科夫探测器，以及12台“千里眼”广角切伦科夫望远镜——将散布在稻城县海子山方圆1.36平方公里的范围内。
届时，整个大装置如同在高原上拉起一张大网，形成对我最大范围的“捕捉”能力。
那个叫何会海的科学家描述了一个“下雨”的场景：我们这些宇宙线粒子进入大气层后，会“击中”大气中的原子核，产生上百亿个次级粒子——就像一场粒子“阵雨”，瞬间降落在地面上，持续时间1纳秒左右。
按照何会海的说法，你们人类就是要用不同类型的地面探测器收集这些“宇宙线雨”，分析我们的方向、时间差等，反推原初粒子的性质，开展相关物理研究。
当然，用来“接雨水”的装置自然是越大越好。按照曹臻的说法，探测阵列只需布局到一定大小就可以开始观测，到2018年年底，仅建成四分之一的LHAASO已经是你们人类最大的同类宇宙线观测阵列。
到2021年建成之时，这个LHAASO大装置还将占有“三个世界之最”：具有最高的高能伽马射线探测灵敏度、能开展最灵敏的甚高能伽马射线巡天探测、具有最宽广的宇宙线能量测量范围。曹臻还有一个基本判断，即这个大装置在“最高能区的最高灵敏度”的领先地位，未来一二十年内可能都不会有人超越。
那时，也许你们人类可以联合起来，LHAASO加上现有的国际三大宇宙线研究中心——位于南美的3000平方公里的极高宇宙线AUGER实验，南极的立方公里中微子ICECUBE实验，欧洲的伽马天文定点观测CTA装置，一起合作对我实行“围追堵截”。
当然，眼下这里还只是散落着数米宽巨石的旷野，以及流淌而过的清澈小河。我有些疑问，也有些期待：几年后，你们真的能在这里“抓到”我吗？
着急等待中的宇宙线
2017年6月
微信编辑&记者：邱晨辉。
视频来源：中科院高能所/中科院成都分院。本文所用图片为该视频截图。
