高海拔宇宙线观测站(LHAASO)开始建设,这对我国的太空探索有着什么样的意义?
高海拔宇宙线观测站(LHAASO)是世界上海拔最高、规模最大、灵敏度最强的宇宙射线探测装置。高海拔宇宙线观测站位于中国四川省稻城县海子山。2016年7月开始基础设施建设。2018年6月19日,高海拔宇宙线观测站正式开工。
为了探索宇宙线这种弥漫整个宇宙的带电粒子的起源,欧美和中、日的伽马天文学实验、美国的南极中微子实验以及多国合作的巨型极高能宇宙线实验组成了3个支柱性的研究分支。其中伽马天文学实验尤为成熟,在过去20年内拓展出一个最为活跃的高能物理与天体物理的交叉领域,已经发现150多个源天体,其中存在多个宇宙线的候选源,孕育着突破的重大机遇。
高山实验是宇宙线观测研究中能够尽可能减小大气层的吸收效应的地面探测手段,其规模可以远大于大气层外的天基探测器,成为甚高能和超高能伽马天文和宇宙线观测必不可少的研究手段。我国的宇宙线研究通过与宇宙线研究强国日本和意大利近30年的长期合作,正是利用了世界屋脊之上羊八井观测站得天独厚的天然优势,获得了研发第一代(ASγ)和第二代(ARGO-YBJ)伽马射线巡天望远镜的成功经验,在大视场巡天领域处于国际先进行。
在此基础上,我们建议在综合条件更优越的站址建设高海拔宇宙线观测站,采用多种探测手段实现复合、精确的测量,大幅提高灵敏度,覆盖更宽广的能谱,建设第三代伽马天文探测器,在以下三个方面达到世界领先水平:超高能伽马射线探测灵敏度。在高于10TeV的能量区域,比ARGO-YBJ实验的探测能力提高几百倍,甚至于比CTA计划的灵敏度还要高十几倍,长期占据该实验研究领域的制高点;甚高能伽马射线巡天普查灵敏度。在几百GeV的能区,与ARGO-YBJ相比提高30倍,从而以高于HAWC三到四倍的灵敏度,迅速占据国际领先地位;具有宽广能量覆盖度的宇宙线能谱和成份精确测量装置。造就具有国际领先水平的高海拔宇宙线研究中心,对解开新世纪重大前沿科学难题之一的宇宙线起源之谜形成强有力的冲击。
据报道,早在2014年8月,就已经国家重大科技基础设施项目——高海拔宇宙线观测站(LHAASO)最终决定落户于四川稻城县,经过几年的基建准备工作,LHAASO项目主体工程将全面开工建设。
报道称高山实验是宇宙线观测研究中能够充分利用大气作为探测介质、在地进行观测的手段,探测器规模可远大于大气层外的天基探测器。对于超高能量的宇宙线观测,这是唯一手段。目前在建的LHAASO就是中国的第三代高山宇宙线实验室。
LHAASO占地2040亩,由三大阵列组成:观测站中的地面簇射粒子阵列,是一个约1平方公里的复合地面阵列,约5200个闪烁体探测器按边长15米的正三角形点阵来排布,同时在2.5米的地下每隔30米布设约1200个缪子探测器;水切伦科夫探测器阵列,是一个深4.5米、占地8万平方米的水池,完全密封,水底布满3000路探测单元;广角切伦科夫望远镜阵则是由12台广角切伦科夫望远镜组成。这三类探测器彼此联动,组成巨大的复合探测装置。
专家表示,水切伦科夫探测器阵列专门用来探测能量较低的宇宙线,地面簇射粒子阵列主要用于探测能量稍高的宇宙线。而切伦科夫望远镜阵列将开展宇宙线能谱的高精度测量。三大阵列互相配合,对于宇宙线特征、起源等进行精密分析和研究,最终有望破解宇宙线起源难题。
作为太阳系以外唯一的物质样本,宇宙线以及它们的起源是人类探索宇宙及其演化的重要途径。在1912年宇宙线被发现之后的一百年间,与之相关的探索与研究已经产生了数枚诺贝尔奖牌,但人类始终没有发现宇宙线的起源,从而使宇宙线起源问题成为跨越物质最小单元夸克到整个宇宙的自然科学在21世纪所面临的包括暗物质、暗能量等在内的若干基本问题之一,在欧、美的科学决策机构凝炼出的6个或11个基础科学难题中位列前5。“高海拔宇宙线观测站(LHAASO)”正是瞄准这一重大科学难题而提出的。
图三:广角切伦科夫望远镜阵列效果图
为了探索宇宙线这种弥漫整个宇宙的带电粒子的起源,欧美和中、日的伽马天文学实验、美国的南极中微子实验以及多国合作的巨型极高能宇宙线实验组成了3个支柱性的研究分支。其中伽马天文学实验尤为成熟,在过去20年内拓展出一个最为活跃的高能物理与天体物理的交叉领域,已经发现150多个源天体,其中存在多个宇宙线的候选源,孕育着突破的重大机遇。目前,该领域内国际上竞争十分激烈,美国在结束第二代的MILAGRO实验之后,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,开始了HAWC实验,已经完成建设任务,并于2014年底开始观测。欧洲更加宏伟的切伦科夫望远镜阵列(CTA)计划,已经列入刚刚发布的欧洲天体物理发展路线图,将耗资2亿欧元对现有实验升级换代,试图用其传统的定点观测装置覆盖宽广的能区。
图二:水切伦科夫探测器阵列效果图
高山实验是宇宙线观测研究中能够尽可能减小大气层的吸收效应的地面探测手段,其规模可以远大于大气层外的天基探测器,成为甚高能和超高能伽马天文和宇宙线观测必不可少的研究手段。我国的宇宙线研究通过与宇宙线研究强国日本和意大利近30年的长期合作,正是利用了世界屋脊之上羊八井观测站得天独厚的天然优势,获得了研发第一代(ASγ)和第二代(ARGO-YBJ)伽马射线巡天望远镜的成功经验,在大视场巡天领域处于国际先进行列。在此基础上,我们建议在综合条件更优越的站址建设高海拔宇宙线观测站,采用多种探测手段实现复合、精确的测量,大幅提高灵敏度,覆盖更宽广的能谱,建设第三代伽马天文探测器,在以下三个方面达到世界领先水平:
⑴ 超高能伽马射线探测灵敏度。在高于10TeV的能量区域,比ARGO-YBJ实验的探测能力提高几百倍,甚至于比CTA计划的灵敏度还要高十几倍,长期占据该实验研究领域的制高点;
⑵ 甚高能伽马射线巡天普查灵敏度。在几百GeV的能区,与ARGO-YBJ相比提高30倍,从而以高于HAWC三到四倍的灵敏度,迅速占据国际领先地位;
⑶ 具有宽广能量覆盖度的宇宙线能谱和成份精确测量装置。造就具有国际领先水平的高海拔宇宙线研究中心,对解开新世纪重大前沿科学难题之一的宇宙线起源之谜形成强有力的冲击。
高海拔宇宙线观测站将利用稻城独特的高海拔优势建成有多国参与合作研究的国际高海拔宇宙线研究中心,建设有强大国际竞争力、独具特色、综合开放的科学研究平台,与现有国际三大宇宙线研究中心(位于南美的3000平方公里极高能宇宙线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)形成极好的互补,在国际上形成强大的吸引力。在提高伽马射线测量的空间分辨率、多手段向低阈能延伸、扩展对极高能宇宙线观测能力等方面形成多方国际合作,在短时间内引进国内、外新的实验。同时也为开展大气、气象、空间环境等多种形式的前沿科学交叉研究提供实验平台,为国家相关科技发展需求做出重要的贡献。
它促进了我国航天事业的发展,可以进一步为下一次的踏空探索做铺垫,学更多的知识
有助于我国推进对于周的探索。
有利于更进一步的了解太空
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为何说宇宙线及其起源是人类探索宇宙的重要途径?
据报道,早在2014年8月,就已经国家重大科技基础设施项目——高海拔宇宙线观测站(LHAASO)最终决定落户于四川稻城县,经过几年的基建准备工作,LHAASO项目主体工程将全面开工建设。报道称,LHAASO项目首席科学家、项目经理、中国科学院高能物理研究所研究员曹臻说:“宇宙线又被称作‘银河陨石’,或传递宇宙...
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中科院高能所副所长卢方军告诉《中国科学报》,作为西藏羊八井ASγ实验的后续项目,我国正在四川稻城建设大面积高海拔宇宙线观测站(LHAASO),其四分之三阵列已经建成并投入观测运行。和ASγ实验相比,LHAASO的能量范围和灵敏度要高一个数量级以上,将把宇宙线物理和超高能伽马射线天文研究推进到一个新的高度...
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哀若小儿: 据报道,早在2014年8月,就已经国家重大科技基础设施项目——高海拔宇宙线观测站(LHAASO)最终决定落户于四川稻城县,经过几年的基建准备工作,LHAASO项目主体工程将全面开工建设. 报道称高山实验是宇宙线观测研究中能够充...
吕梁市13329806641: 稻城卫星基地海拔是多少 - ?
哀若小儿: 我国天文大科学装置——高海拔宇宙线观测站(LHAASO,音译为“拉锁”)项目7月在海拔4410米的四川省稻城县海子山开始基础设施建设.
吕梁市13329806641: 宇宙中有比γ射线还强的东西吗? - ?
哀若小儿: 理论上是没有了.γ射线是因核能级间的跃迁而产生,原子核衰变和核反应均可产生γ射线.换言之,γ射线是激发原子核的产物.而现阶段的科学,原子核已经是原子最核心的部分,没有什么比原子核还要“核心”.或者说,你再怎么激发,也只能激发到原子核,不能继续深入了.既然不能深入激发,那么携带的能量自然是γ射线最强.
吕梁市13329806641: 宇宙射线总体上呈正电性还是负电性? - ?
哀若小儿: 我个人认为初级宇宙射线,应该是总体电中性.(倘若宇宙射线带电,那么发出射线的辐射体将会积累相反地电荷,从而宏观上带电,由于电磁作用很强,这是不允许的)但是射线进入地球大气和磁场后,由于射线中不同的粒子不是同时被吸收或偏转到不同方向,所以某一地区接收到的次级宇宙射线可能带电,但是真个地球上的射线总和成电中性.
吕梁市13329806641: 何为宇宙射线? - ?
哀若小儿: 【简介】 所谓宇宙射线,指的是来自于宇宙中的一种具有相当大能量的带电粒子流.1912年,德国科学家韦克多·汉斯带着电离室在乘气球升空测定空气电离度的实验中,发现电离室内的电流随海拔升高而变大,从而认定电流是来自地球以外...
吕梁市13329806641: 整个宇宙,什么射线最最厉害? - ?
哀若小儿: 你的问题可以表达为:电子跃迁产生的电子波在哪个波长穿透力最强.或者能量最高.或者是对人体损害严重.当然是我们所说的紫外线了,竟然可以穿过大气层还不够厉害么?经常户外工作的人脸色紫红,皱纹也多,这就是紫外波的厉害. 目前人类利用无损探测的主要是X波,但是过多的照射一定危害,例如医院的CT,尽量不要多照.还有地铁车站的安检,要迅速绕过
吕梁市13329806641: 请问宇宙射线的速度有多快?是不是每种射线都对人的身体有伤害? - ?
哀若小儿: 当然不是,只有频率高能量大的射线对人体有伤害,比如紫外线,伽马射线,都是频率高,穿透能力很强的电磁波,而红外线,无线电波穿透不了人体.