在高点接收“天外问候”——揭秘探索宇宙线起源的十八般兵器

宇宙线，携带着宇宙起源、天体演化和太阳活动等宇观信息，是一种宝贵的科学资源。它的“出生地”是哪里，为什么带着这么高的能量，人类能不能解开这个困扰百年的“世纪之谜”？来听听这群“追信号的人”，揭秘宇宙线探索的“十八般兵器”。

“天外来客”的出生地在哪里？

宇宙线又称宇宙射线，是来自宇宙空间的高能粒子流。“天文学的传统研究手段大多是电磁波，但宇宙线是人类目前能够从宇宙深处获得的唯一物质样本。”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说。

宇宙线是组成物质本身的粒子直接传播到地球，包含着许多电磁波无法传递的信息，被形象地称为“宇宙陨石”。1912年被发现后，与之相关的研究已经获得数个诺贝尔奖，但迄今为止人类仍未发现其起源。

南京大学天文与空间科学学院教授王祥玉介绍，科学家已经发现，超新星遗迹、星暴星系、银河系中心的超大质量黑洞等，都具有产生宇宙线的条件，但究竟哪一个是其“出生地”还不得而知。

上海天文台研究员王仲翔一直在研究银河系内的宇宙线。他举例说，宇宙线是穿越历史的“信使”。公元1006年宋朝期间，曾有一颗超新星闪耀天空，亮度最强时白天可见；1000多年后，科学家们仍在研究这颗超新星遗迹中快速移动的粒子会不会是宇宙线的前身，解答“来自宋朝的问候”。

科学家们介绍，人类已经有办法加速粒子，然而宇宙线粒子的最高能量，相当于人类用加速器产生的最高能量粒子的10亿倍。曹臻说，利用目前的加速能量，我们已经发现了描述世界物质构成的“标准模型”中所有的基本粒子，包括新近发现的“上帝粒子”。如果想看到更多的物理现象，就必须依赖更高的加速办法。探索高能宇宙线的起源是一个可能获得突破的方向。

“多信使”时代观测的“十八般兵器”有哪些？

曾有人形象地比喻：每过一分钟，才约有一个宇宙线穿过一枚硬币大小的面积，这一肉眼看不见的“天外来客”，如何精准捕捉？曹臻说，可以“下海”，在水底安装中微子望远镜；可以“上山”，在高海拔搭建观测站；也可以“上天”，用粒子探测卫星寻找。

“宇宙线的研究非常困难。宇宙线是带电粒子，碰到宇宙中无处不在的磁场就会偏转。科学家尽量选择光子和中微子作为研究对象，作为宇宙射线的伴生物，这两种粒子是沿直线传播的，比较易于用来回溯到产生地。”王祥玉说。