配上“高清望遠(yuǎn)鏡”，仰望宇宙的“雙眼”繼續(xù)叩問“世紀(jì)之謎”丨奮力譜寫中國式現(xiàn)代化四川新篇章
| 2025-02-20 來源：四川在線 | 分享： |
大型超高能伽馬源立體跟蹤裝置（LACT）工程啟動(dòng)建設(shè)。天府宇宙線研究中心供圖
四川在線記者 文露敏 彭瑀珩
甘孜州稻城縣海子山，海拔4410米。草甸和礫石一望無際，國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施高海拔宇宙線觀測站（LHAASO，拉索）矗立在這里，望向深空。
過去的一年，中國科學(xué)院高能物理研究所研究員張壽山又開始頻繁搭乘從成都到稻城的航班。
拉索未建成時(shí)，他是廣角切倫科夫望遠(yuǎn)鏡陣列的負(fù)責(zé)人。現(xiàn)在，他上山的理由又多了一個(gè)——大型超高能伽馬源立體跟蹤裝置（LACT）項(xiàng)目。“總指揮”，大家開始這么稱呼他。
憑借拉索，中國科學(xué)家率先觸摸到宇宙線起源的答案輪廓，而LACT要讓答案更加清晰。如果把拉索比作仰望宇宙的“雙眼”，LACT就是為其配備的“高清望遠(yuǎn)鏡”。
近日，多信使天文學(xué)前沿論壇暨LACT工程啟動(dòng)會(huì)在成都舉行。四川省重大科技基礎(chǔ)設(shè)施——LACT項(xiàng)目正式啟動(dòng)建設(shè)。
配上“高清望遠(yuǎn)鏡”，仰望宇宙的“雙眼”，將繼續(xù)叩問宇宙線起源這一“世紀(jì)之謎”。
參會(huì)人員與LACT樣機(jī)合影。天府宇宙線研究中心供圖
給拉索“配鏡”
成都科學(xué)城天府宇宙線研究中心旁的草地上，赤紅色的龐然大物，足有兩層樓高，仰著頭才能窺見全貌。
這是即將發(fā)往稻城的首臺(tái)LACT成像大氣切倫科夫望遠(yuǎn)鏡。這樣的望遠(yuǎn)鏡，在拉索陣列之間將陸續(xù)布局32臺(tái)。
LACT直徑6米的圓盤上，54片戴維斯-科頓反射鏡閃閃發(fā)亮。“它們是重要的宇宙線‘捕手’。”張壽山介紹。
攜帶著關(guān)于宇宙起源、天體演化、太陽活動(dòng)、宇宙空間環(huán)境等重要科學(xué)信息，宇宙線遠(yuǎn)道而來。當(dāng)宇宙線與星際空間中的氣體物質(zhì)發(fā)生碰撞，產(chǎn)生的超高能伽馬光子闖入大氣層，引發(fā)廣延大氣簇射現(xiàn)象，帶電次級粒子會(huì)放射出藍(lán)色的切倫科夫光。
藍(lán)色的“陣雨”，瞬間灑在數(shù)平方公里的面積上。
LACT的反射鏡要做的，就是捕捉這些“雨滴”——將收集到的切倫科夫光聚焦到硅光電倍增管相機(jī)上，完成超高能伽馬光子事件的成像及切倫科夫圖像。一臺(tái)望遠(yuǎn)鏡記錄一張切倫科夫圖像，多臺(tái)望遠(yuǎn)鏡記錄多張圖像，每張圖像都可以重建出一個(gè)空間平面。當(dāng)多個(gè)平面相交時(shí)，其交線就指示出超高能伽馬光子的方向。
此前，拉索建設(shè)的3個(gè)探測器陣列，也是為了收集“雨滴”。這一位于高海拔、靈敏度全球最強(qiáng)的宇宙線探測裝置，去年取得舉世矚目的科學(xué)成果，在銀河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)了40多個(gè)超高能伽馬射線源，突破性地開啟超高能伽馬天文學(xué)新窗口。
“拉索具有極強(qiáng)的巡天普查能力，能看到很大的天區(qū)。然而，由于探測器特性限制，其角分辨率不高，無法對這些射線源的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行精細(xì)測量。”中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授、天府宇宙線研究中心特聘研究員楊睿智解釋。
如果把拉索比作仰望宇宙的“雙眼”，LACT就是為其配備的“高清望遠(yuǎn)鏡”。前者能鎖定超高能伽馬射線源的位置，后者能將觀測站的角分辨率提高5倍以上，有效區(qū)分出超高能伽馬射線來自源區(qū)哪個(gè)天體。
在拉索建成前，國際上還沒有靈敏度如此之高的宇宙線觀測設(shè)備。如今，全球首個(gè)同時(shí)具備高角分辨率、高靈敏度的宇宙線觀測設(shè)備，又將在海子山上建成。
“LACT建成后，將與拉索協(xié)同工作、優(yōu)勢互補(bǔ)，使中國在超高能伽馬天文學(xué)領(lǐng)域持續(xù)保持國際領(lǐng)先地位，破解宇宙線起源‘世紀(jì)之謎’。”張壽山很有信心。
科研人員行走在水切倫科夫探測器的屋頂上。（資料圖，何海洋 攝）
“復(fù)制”拉索模式
2017年6月，拉索主體工程動(dòng)工。彼時(shí)的海子山，一片荒涼。盡管為選址做了大量工作，但誰也無法肯定，宇宙的“禮物”是否會(huì)降臨，又是否會(huì)被成功“接收”。
如今，問題已有答案：2020年底，拉索3/4的探測器投入科學(xué)運(yùn)行；次年，拉索在銀河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)人類觀測到的最高能量光子，相關(guān)發(fā)現(xiàn)發(fā)表于國際頂尖期刊《自然》（Nature）。不到兩個(gè)月，關(guān)于蟹狀星云的最新研究成果又在《科學(xué)》（Science）上公布。
2021年7月，拉索完成全陣列建設(shè)并投入運(yùn)行。一年后，拉索探測到迄今最亮的伽馬射線暴。2024年，拉索又幫助科學(xué)家找到迄今人類能夠確認(rèn)的第一個(gè)超級宇宙線源……
去年，LACT項(xiàng)目獲省發(fā)展改革委批復(fù)立項(xiàng)，預(yù)算1.5億元。其將延續(xù)拉索“邊建設(shè)邊運(yùn)行”模式。啟動(dòng)建設(shè)后，首臺(tái)望遠(yuǎn)鏡將于今年實(shí)現(xiàn)觀測運(yùn)行；2026年，將建成8臺(tái)望遠(yuǎn)鏡；2028年，將建成32臺(tái)望遠(yuǎn)鏡，實(shí)現(xiàn)全陣列觀測運(yùn)行。
大洋彼岸，歐美正在加緊部署同類項(xiàng)目（CTA），預(yù)計(jì)耗資將達(dá)數(shù)億歐元。“LACT布局在拉索現(xiàn)有陣列內(nèi)，基礎(chǔ)設(shè)施已十分成熟，降低了建設(shè)成本。”張壽山表示，同時(shí)，繆子探測器陣列還提供了國際領(lǐng)先的超強(qiáng)背景噪聲排除能力，這正是“1+1大于2”的體現(xiàn)。
盡管有了拉索的建設(shè)、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，年輕的LACT仍然面臨不少挑戰(zhàn)。
2020年，中國科學(xué)院高能物理研究所提出拉索提升計(jì)劃，同年啟動(dòng)LACT預(yù)先研究，目前已完成多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。
從無到有，談到攻關(guān)的“難”，楊睿智用LACT的反射鏡舉例。“32臺(tái)望遠(yuǎn)鏡，需要上千片鏡子，傳統(tǒng)的玻璃鏡片成本高，一片鏡子就要好幾萬元，重量也很重，會(huì)導(dǎo)致鏡架結(jié)構(gòu)變形。”為此，研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)出玻璃鋁蜂窩輕質(zhì)反射鏡，實(shí)現(xiàn)其國產(chǎn)化。
科研人員在維護(hù)拉索的繆子探測器。（資料圖，何海洋 攝）
后續(xù)的運(yùn)行也是難題之一。32臺(tái)望遠(yuǎn)鏡，要隨著伽馬射線源同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，對指向性和同時(shí)性提出了很高要求。如果同一時(shí)間出現(xiàn)多個(gè)源，還需要瞬時(shí)切換方向。
啟動(dòng)會(huì)現(xiàn)場，天府宇宙線研究中心常務(wù)副主任、LACT工程副總指揮白云翔分享了正在籌劃的AI賦能方案，這是解決問題的一個(gè)思路。未來，將建成一座高能伽馬智能工廠，利用海量科學(xué)數(shù)據(jù)和百億參數(shù)規(guī)模科學(xué)大模型，實(shí)現(xiàn)全流程數(shù)據(jù)智能管控、數(shù)字化運(yùn)維等，提升拉索和LACT的科學(xué)產(chǎn)出質(zhì)量，繼續(xù)保持領(lǐng)先身位。相關(guān)項(xiàng)目已立項(xiàng)，建設(shè)周期為2年。
在海子山，迎難而上的故事比比皆是。張壽山記得，2019年，廣角切倫科夫望遠(yuǎn)鏡調(diào)試標(biāo)定時(shí)，大家需要鉆進(jìn)望遠(yuǎn)鏡離地2.3米的“大藍(lán)箱子”里調(diào)試。刮風(fēng)時(shí)，冷意似乎都要從骨頭縫里溢出來，工作時(shí)得靠暖風(fēng)機(jī)幫助取暖。張壽山說：“LACT也將克服萬難，盡快產(chǎn)出更多科學(xué)成果。”
當(dāng)宇宙的“禮物”再次降臨時(shí)，海子山上的人們已做好了準(zhǔn)備。
