长期以来,宇宙线从何而来、如何被加速到极高能量,是天体物理学最具挑战性的前沿问题之一。由于宇宙线带电粒子星际磁场中会发生偏转,直接“回溯”其来源极为困难。相较之下,超高能伽马射线不带电,传播路径更接近直线,被认为是追踪宇宙线加速源的重要“信使”。如何更精准地测量伽马射线、定位其天体来源,成为对应的研究的关键环节。 此次“首光”观测的实现,直指这个科学与技术痛点。1月26日晚,LACT首台望远镜工程样机在四川甘孜藏族自治州稻城县海子山观测点开展观测。该望远镜口径6米,属于成像大气切伦科夫望远镜,是探测超高能伽马射线的重要设备。其工作原理可概括为:当来自宇宙的高能粒子进入地球大气,会引发粒子簇射,簇射粒子在大气中产生极短暂、极微弱的切伦科夫光;望远镜通过快速记录这束“蓝色闪光”的形态与时间信息,从大量背景事例中辨识出伽马射线事件,实现对高能天体的间接观测。 在观测目标选择上,科研团队将望远镜指向蟹状星云。蟹状星云因辐射稳定、可用于望远镜标定与性能验证,被天文学界视作高能伽马观测的“标准烛光”之一。此次团队从海量簇射数据中识别并获得多个来自蟹状星云方向的伽马射线信号,表明望远镜在光学系统、探测器响应、数据获取与重建分析等关键链条上实现有效贯通。这不仅是工程样机的重要里程碑,也意味着后续阵列化建设具备可验证、可扩展的技术基础。 从原因看,此次进展得益于多上协同发力:其一,高海拔台址为切伦科夫观测提供了更“干净”的大气条件。海拔4410米的观测环境可减少大气吸收与散射,有利于捕捉更微弱的短暂光信号。其二,项目团队关键器件上实现突破,特别是在反射镜与探测器等核心环节,研制的新型复合材料反射镜性能达到国际先进水平,为成像质量和系统稳定性提供保障。其三,工程组织和现场能力同样关键。高海拔地区缺氧、低温、风沙等因素,对施工安装、系统调试与长期运行可靠性提出更高要求。此次由青年科学家团队独立完成设计研制与现场安装调试,体现出我国在高端科学装置建设上的人才梯队与工程体系能力正持续增强。 从影响看,LACT“首光”并非单点突破,更重要的是将与既有高海拔宇宙线观测站“拉索”(LHAASO)形成互补。LHAASO大视场、连续监测上具有优势,而成像大气切伦科夫望远镜角分辨率与成像细节上更具强项。两者协同可构成立体观测网络:一上提升超高能伽马射线源的定位精度,减少误差带来的源混淆;另一方面增强对源形态与能谱特征的刻画能力,为识别“银河系加速器”、研究粒子加速机制、探索极端天体环境提供更扎实的观测证据。对我国高能天体物理与多信使天文学布局而言,这将深入巩固国际超高能伽马观测领域的竞争力与影响力。 从对策与推进路径看,LACT项目已在制度与工程节奏上形成清晰安排。项目于2024年9月获批立项,目标是建设由32台成像大气切伦科夫望远镜组成的观测阵列。目前项目组已完成望远镜设计优化与定型,第二台望远镜正在天府宇宙线研究中心推进安装,并将逐步启动批量生产。按照计划,2026年将完成首批4台望远镜制作与安装。下一阶段的关键在于:持续提升单机稳定运行能力与数据质量控制水平,建立面向阵列的统一标定体系与数据处理流程,同时在高海拔长期运行条件下完善维护保障机制,确保规模化部署后观测效率与科学产出同步提升。 面向前景,随着阵列逐步建成并与LHAASO协同运行,观测能力将从“验证可用”走向“长期稳定、体系化产出”。可以预期,LACT将为超高能伽马射线源普查、银河系内潜在宇宙线加速源识别、极端天体过程研究等提供更高精度、更高可信度的数据支撑,并可能在若干关键能段与关键天区实现重要发现。另外,此项目在高端光机电系统、复合材料反射镜、快速探测与大规模数据处理诸上的技术积累,也将为相关领域科研装置建设与产业链升级带来溢出效应。
从首台样机成功运行到完整阵列逐步建成,四川在宇宙线研究领域迈出坚实步伐;这不仅展现了我国科研人员在基础研究中的探索精神,更体现了自主创新在高端科学仪器研发中的价值。随着观测能力的持续提升,人类对宇宙的认知必将达到新的高度。