追上半人马天体“读取”太阳系形成演化历史信息
相比于常见的木星族彗星，由于半人马天体长期在柯伊伯带，受到的太阳辐射较少，所以包含的物质更为原始，因此研究半人马天体可以帮助我们更好地研究太阳系的物质分布和演化。
史建春 中国科学院紫金山天文台副研究员
在木星轨道和海王星轨道之间，潜伏着数以万计由冰块和岩石组成的小天体。这些小天体偶尔会受到木星引力扰动的影响，被抛入太阳系内部，飞向太阳和地球。
这类小天体被认为是许多木星族彗星和近地彗星的来源，由于其同时具有小行星和彗星的特征，因此被命名为半人马天体。
近日，据国外媒体报道，美国芝加哥大学的科学家称这些邻近木星的半人马天体或能为揭晓太阳系奥秘提供重要线索。研究人员称，通过深入分析半人马天体，他们发现太阳系实际上是一个充满活力的行星系统，并且一直处于变化状态。
半人马天体来自何处？它能告诉我们更多有关太阳系的秘密吗？
又远又小造成观测困难
太阳系的形成始于46亿年前的一片原始星云，后经吸积、聚合、演化，星云内的原始物质有的合并成了八大行星，有的仍然松散分布在太空的几个带状区域。
这些带状区域内的小天体是太阳系早期演化遗留下的证据，太阳系中的绝大部分小行星，是原始太阳星云的星子，这些星云在太阳形成初期就存在了。
位于海王星轨道之外的柯伊伯带便是这样一个区域，其中大约有10万个直径超过100千米的天体，柯伊伯带内的天体主要由冻结的低沸点混合物构成，主要成分是水、氨和甲烷。在火星与木星之间也存在一个小行星带，这里的天体主要是由岩石和金属构成。
相较于这两个小行星带，木星和海王星之间的半人马天体群，人类了解的还不多。
“半人马天体是指轨道半长轴和近日距都在木星轨道和海王星轨道之间的一类小天体。大部分半人马天体起源于柯伊伯带。近几百万年，它们的轨道发生了变化，成为如今的半人马天体。”中国科学院紫金山天文台副研究员史建春告诉科技日报记者，目前人类已经发现了452颗半人马天体，第一颗被发现的半人马天体名为“944 Hidalgo”，于1920年由德国科学家发现，目前最大的半人马天体“10199 Chariklo”直径约260千米，于1997年由美国科学家发现。
约一个世纪的光阴，为何只有452颗半人马天体被人类“捕获”踪迹？史建春解释：“半人马天体距离地球比较远，近日点在木星轨道外，也就是说，距地球最近的时候也在木星轨道外，再加上体积一般比较小、亮度比较暗，所以比较难发现。”
此外，半人马天体是柯伊伯带天体和木星族彗星之间的过渡天体，它的轨道区域在动力学上是不稳定的。“半人马天体的轨道容易受到巨行星如木星的引力扰动，轨道发生变化。”史建春说。
半人马天体可提供“独特”线索
史建春介绍，一些半人马天体会呈现出类似彗星一样的活动性，会有彗发和彗尾。
彗星一般由彗核、彗发、彗尾3部分组成。彗核由冰物质构成，当彗星接近太阳时，彗星物质升华，在冰核周围会形成一团看起来毛茸茸的彗发和一条长长的彗尾。
“因为半人马天体长期在木星之外，所以附着在天体上的挥发性成分较多，如一氧化碳冰和二氧化碳冰，当温度升高易挥发气体冰升华后，裹挟在天体表面的尘埃就会被释放出来，经太阳光反射，形成了我们看到的类似彗星的彗发和彗尾。”史建春介绍道。
据媒体报道，在此次研究中，美国芝加哥大学的博士后研究员、该论文的通讯作者塞利格曼说：“这些物质非常古老，包含着太阳系早期从未被融化过的冰。彗星之所以有趣，不仅是因为它们很漂亮，还因为它们可以为人类提供一种探测遥远太阳系物质化学成分的方法。”
在史建春看来，与普通彗星不同的是，半人马天体的特质，为我们研究太阳系的演化，提供了“独特”的线索。
“相比于常见的木星族彗星，由于半人马天体长期在柯伊伯带，受到的太阳辐射较少，所以包含的物质更为原始，因此研究半人马天体可以帮助我们更好地研究太阳系的物质分布和演化。”史建春说，此外由于半人马天体的近日距在木星轨道外，温度较低，其活动机制与木星族彗星不同。木星族彗星的活动机制是水冰升华驱动，而半人马天体的活动机制是由气体冰的升华驱动，不能用水冰的挥发驱动来解释。因此，通过研究半人马天体，科学家可以比较水冰升华驱动和气体冰升华驱动彗星活动性的异同。
据媒体报道，在此次研究中，科学家研究了半人马天体的数量，以及这些天体偶尔会成为飞往太阳的彗星的机制。他们估计，大约一半的半人马彗星是通过与木星和土星的轨道相互作用而被推入太阳系内部的；另一半由于太靠近木星，被困在木星的轨道上，然后因木星引力扰动的影响被甩向太阳系的中心。
后一种机制为更好地观察这些即将成为彗星的半人马天体，提供了一个完美的方法，正如这项研究所提出的，向木星发射一艘宇宙飞船，让它在木星轨道上运行，直到半人马天体穿越木星的轨道。然后宇宙飞船可以在半人马天体朝太阳飞去、变成彗星的过程中进行观测。
实现“守株待星”并非难事
这种“守株待星”的想法并非异想天开。“在木星轨道上等待半人马天体的方法确实可行。”史建春认为，人类目前的航天发射技术已经相当成熟，派遣飞船抵达木星并不困难。
目前，人类已有多个航天器飞往外太阳系；美国国家航空航天局（NASA）的“朱诺”号航天器，只花了大约5年时间就到达木星，目前正在拍摄木星的照片。
此外，即使在小天体移动时，人类也有可能访问它们。例如，美国“奥西里斯-雷克斯”探测器访问了2亿英里外的贝努小行星；日本的“隼鸟2号”探测器从另一颗小行星“龙宫”上带回了一些岩石样本。
“不过这并不是唯一的彗星观测方案，根据具体科学目标可制定不同的观测方案，如对于著名的半人马彗星29P/Schwassmann-Wachmann，也可单独设计轨道进行绕飞观测。”史建春说。
这将是一个富有想象力的画面：彗星中的冰由不同类型的分子和气体组成，它们在到达太阳的过程中在不同的点开始燃烧；航天器就飞行在彗星身边，它“看着”彗星的形成过程，并通过测量彗尾了解彗星是由什么组成的。
塞利格曼表示，通过这种方法，科学家可以弄清楚典型的彗星冰层在什么时候开始燃烧以及彗星的详细内部结构，从地面望远镜中弄清楚这些的希望非常小。
同时，彗星的表面也会随着温度的升高而发生喷发，形成陨石坑等。塞利格曼表示，了解这些现象，将帮助科学家更好的了解太阳系。这对理解太阳系中如何形成类地行星等事情很重要。
史建春对此也有同样的看法，他认为：“通过跟踪、观测一颗半人马天体从小行星变成彗星、发育出彗发和彗尾的过程，有助于研究彗星的活动机制和早期太阳系中水和其他物质的成分分布，进而揭示太阳系的形成和演化历史。”
来源：科技日报
相比于常见的木星族彗星，由于半人马天体长期在柯伊伯带，受到的太阳辐射较少，所以包含的物质更为原始，因此研究半人马天体可以帮助我们更好地研究太阳系的物质分布和演化。
史建春 中国科学院紫金山天文台副研究员
在木星轨道和海王星轨道之间，潜伏着数以万计由冰块和岩石组成的小天体。这些小天体偶尔会受到木星引力扰动的影响，被抛入太阳系内部，飞向太阳和地球。
这类小天体被认为是许多木星族彗星和近地彗星的来源，由于其同时具有小行星和彗星的特征，因此被命名为半人马天体。
近日，据国外媒体报道，美国芝加哥大学的科学家称这些邻近木星的半人马天体或能为揭晓太阳系奥秘提供重要线索。研究人员称，通过深入分析半人马天体，他们发现太阳系实际上是一个充满活力的行星系统，并且一直处于变化状态。
半人马天体来自何处？它能告诉我们更多有关太阳系的秘密吗？
又远又小造成观测困难
太阳系的形成始于46亿年前的一片原始星云，后经吸积、聚合、演化，星云内的原始物质有的合并成了八大行星，有的仍然松散分布在太空的几个带状区域。
这些带状区域内的小天体是太阳系早期演化遗留下的证据，太阳系中的绝大部分小行星，是原始太阳星云的星子，这些星云在太阳形成初期就存在了。
位于海王星轨道之外的柯伊伯带便是这样一个区域，其中大约有10万个直径超过100千米的天体，柯伊伯带内的天体主要由冻结的低沸点混合物构成，主要成分是水、氨和甲烷。在火星与木星之间也存在一个小行星带，这里的天体主要是由岩石和金属构成。
相较于这两个小行星带，木星和海王星之间的半人马天体群，人类了解的还不多。
“半人马天体是指轨道半长轴和近日距都在木星轨道和海王星轨道之间的一类小天体。大部分半人马天体起源于柯伊伯带。近几百万年，它们的轨道发生了变化，成为如今的半人马天体。”中国科学院紫金山天文台副研究员史建春告诉科技日报记者，目前人类已经发现了452颗半人马天体，第一颗被发现的半人马天体名为“944 Hidalgo”，于1920年由德国科学家发现，目前最大的半人马天体“10199 Chariklo”直径约260千米，于1997年由美国科学家发现。
约一个世纪的光阴，为何只有452颗半人马天体被人类“捕获”踪迹？史建春解释：“半人马天体距离地球比较远，近日点在木星轨道外，也就是说，距地球最近的时候也在木星轨道外，再加上体积一般比较小、亮度比较暗，所以比较难发现。”
此外，半人马天体是柯伊伯带天体和木星族彗星之间的过渡天体，它的轨道区域在动力学上是不稳定的。“半人马天体的轨道容易受到巨行星如木星的引力扰动，轨道发生变化。”史建春说。
半人马天体可提供“独特”线索
史建春介绍，一些半人马天体会呈现出类似彗星一样的活动性，会有彗发和彗尾。
彗星一般由彗核、彗发、彗尾3部分组成。彗核由冰物质构成，当彗星接近太阳时，彗星物质升华，在冰核周围会形成一团看起来毛茸茸的彗发和一条长长的彗尾。
“因为半人马天体长期在木星之外，所以附着在天体上的挥发性成分较多，如一氧化碳冰和二氧化碳冰，当温度升高易挥发气体冰升华后，裹挟在天体表面的尘埃就会被释放出来，经太阳光反射，形成了我们看到的类似彗星的彗发和彗尾。”史建春介绍道。
据媒体报道，在此次研究中，美国芝加哥大学的博士后研究员、该论文的通讯作者塞利格曼说：“这些物质非常古老，包含着太阳系早期从未被融化过的冰。彗星之所以有趣，不仅是因为它们很漂亮，还因为它们可以为人类提供一种探测遥远太阳系物质化学成分的方法。”
在史建春看来，与普通彗星不同的是，半人马天体的特质，为我们研究太阳系的演化，提供了“独特”的线索。
“相比于常见的木星族彗星，由于半人马天体长期在柯伊伯带，受到的太阳辐射较少，所以包含的物质更为原始，因此研究半人马天体可以帮助我们更好地研究太阳系的物质分布和演化。”史建春说，此外由于半人马天体的近日距在木星轨道外，温度较低，其活动机制与木星族彗星不同。木星族彗星的活动机制是水冰升华驱动，而半人马天体的活动机制是由气体冰的升华驱动，不能用水冰的挥发驱动来解释。因此，通过研究半人马天体，科学家可以比较水冰升华驱动和气体冰升华驱动彗星活动性的异同。
据媒体报道，在此次研究中，科学家研究了半人马天体的数量，以及这些天体偶尔会成为飞往太阳的彗星的机制。他们估计，大约一半的半人马彗星是通过与木星和土星的轨道相互作用而被推入太阳系内部的；另一半由于太靠近木星，被困在木星的轨道上，然后因木星引力扰动的影响被甩向太阳系的中心。
后一种机制为更好地观察这些即将成为彗星的半人马天体，提供了一个完美的方法，正如这项研究所提出的，向木星发射一艘宇宙飞船，让它在木星轨道上运行，直到半人马天体穿越木星的轨道。然后宇宙飞船可以在半人马天体朝太阳飞去、变成彗星的过程中进行观测。
实现“守株待星”并非难事
这种“守株待星”的想法并非异想天开。“在木星轨道上等待半人马天体的方法确实可行。”史建春认为，人类目前的航天发射技术已经相当成熟，派遣飞船抵达木星并不困难。
目前，人类已有多个航天器飞往外太阳系；美国国家航空航天局（NASA）的“朱诺”号航天器，只花了大约5年时间就到达木星，目前正在拍摄木星的照片。
此外，即使在小天体移动时，人类也有可能访问它们。例如，美国“奥西里斯-雷克斯”探测器访问了2亿英里外的贝努小行星；日本的“隼鸟2号”探测器从另一颗小行星“龙宫”上带回了一些岩石样本。
“不过这并不是唯一的彗星观测方案，根据具体科学目标可制定不同的观测方案，如对于著名的半人马彗星29P/Schwassmann-Wachmann，也可单独设计轨道进行绕飞观测。”史建春说。
这将是一个富有想象力的画面：彗星中的冰由不同类型的分子和气体组成，它们在到达太阳的过程中在不同的点开始燃烧；航天器就飞行在彗星身边，它“看着”彗星的形成过程，并通过测量彗尾了解彗星是由什么组成的。
塞利格曼表示，通过这种方法，科学家可以弄清楚典型的彗星冰层在什么时候开始燃烧以及彗星的详细内部结构，从地面望远镜中弄清楚这些的希望非常小。
同时，彗星的表面也会随着温度的升高而发生喷发，形成陨石坑等。塞利格曼表示，了解这些现象，将帮助科学家更好的了解太阳系。这对理解太阳系中如何形成类地行星等事情很重要。
史建春对此也有同样的看法，他认为：“通过跟踪、观测一颗半人马天体从小行星变成彗星、发育出彗发和彗尾的过程，有助于研究彗星的活动机制和早期太阳系中水和其他物质的成分分布，进而揭示太阳系的形成和演化历史。”
来源：科技日报
4000米高山上的这个观测站 希望为宇宙线起源之谜“一锤定音”
LHAASO是目前和未来20年内最强的超高能伽马射线探测装置，部分阵列近1年观测已经接连取得突破性进展，未来有望带领我们揭开银河系内宇宙线起源这一世纪之谜，并在超高能伽马波段这一最高能量电磁波窗口探索浩瀚宇宙。
浩瀚宇宙，渺渺星空，在空荡荡的星际空间，有许多肉眼不可见的微观高能粒子在以接近光速飞行。平均而言，这些粒子可以在银河系内飞行百万年，其中有极少部分粒子与地球不期而遇，成为地球上神秘的“天外来客”。
1911年，奥地利物理学家赫斯乘坐气球，飞行到5千米的高空，首次发现这位来自宇宙的“客人”，这位“客人”被命名为“宇宙线”，赫斯也因宇宙线的发现获得了1936年的诺贝尔物理学奖。这一发现开启了人类探索宇宙奥秘的新篇章。
近日，国家重大科技基础设施高海拔宇宙线观测站拉索（LHAASO）正式通过性能工艺验收，这标志着拉索已经建成，并正式进入科学运行阶段。建在4000米高海拔山端的拉索，以探索高能宇宙线起源以及相关的高能天体演化和暗物质研究为核心科学目标，正式开始科学运行后每天可以积累1.7亿个超高能宇宙线事例和20多亿个甚高能宇宙线事例。
什么是宇宙线？
赫斯是通过宇宙线在空气中产生的电离效应来证明其存在的，随后产生的首个问题就是宇宙线是什么粒子，这个问题困扰了人类很长时间。
刚开始，大多数人误认为它是来自宇宙的一种远高于X射线的高频电磁辐射，“宇宙线（即宇宙射线）”这个名字就是美国实验物理学家密立根在1925年首次提出，虽然这是当时对宇宙线的一种错误认识，但是这个名字一直沿用至今。
1932年，美国物理学家康普顿组织了大量人力对地球上不同地理纬度的宇宙线强度进行了测量，发现了地球磁场对宇宙线强度的调制效应，判定原初的宇宙线是带电粒子，而不是光子。
如今，人类可以利用先进的粒子鉴别技术，搭载高空气球、卫星或空间站到大气层顶部直接测定宇宙线的种类，知道了宇宙线主要是由带正电的原子核组成，其中含量最高的是质子（即氢原子核），还有元素周期表中的多种原子核，还包含少量光子、电子、中微子以及反粒子等。
在人造粒子加速器诞生之前的时代，宇宙线是唯一的高能粒子源，是人类研究高能微观粒子与物质相互作用规律的唯一工具。20世纪60年代，人造加速器的发展和粒子对撞机的出现，让宇宙线在粒子物理中的作用被取代，宇宙线的研究也逐渐转向粒子天体物理方面。
宇宙线源自何方？
迄今为止，人们观测到的宇宙线粒子的最高能量已达到1020电子伏特（eV），是人类最大的粒子加速器——欧洲核子中心大型强子对撞机所能加速粒子能量的1000万倍。这么高能量的宇宙线起源于什么天体？它们是如何被加速到极端高的能量的？这些问题长期推动着人类去探索宇宙和大自然的奥秘，其中最基本最核心的问题是起源问题，被称为“世纪之谜”。
宇宙线为带电粒子，在传播过程中会被宇宙空间中的磁场影响后偏转运动方向进而失去源头位置信息，所以通过宇宙线粒子探测并不能找到宇宙线的起源天体。宇宙线的能谱从1011eV到1020eV大体呈现为幂律形式，表现为非热加速起源特性。中间有两个明显特征：在1015eV附近能谱变软，呈现出“膝”形结构；在1018eV附近能谱变硬，呈现出了“踝”形结构，这些结构蕴含关于宇宙线起源的重要信息。根据银河系内天体的尺度和磁场强度对宇宙线加速上限的估计，一般认为，“膝”区能量及以下的宇宙线起源于银河系内的天体源，而“踝”区能量以上的宇宙线起源于银河系外。
宇宙线的测量特征说明其起源于非热辐射过程，而且能量非常高。人类根据对太阳的认识，认为普通的恒星不可能把粒子加速到如此高的能量。因此，宇宙线的发源地必然进行着极端剧烈的变化或者具备极端的物理条件。根据伽马射线天文观测结果，目前的候选天体主要有超新星及其遗迹星云、脉冲星及其风云、年轻大质量星团、双星系统、伽马射线暴、活动星系核等，这些候选源的共同特征是存在强激波。
如何探寻宇宙线？
高能伽马天文、高能中微子天文、极高能宇宙线天文是寻找宇宙线起源的三大重要支柱。高能中微子和极高能宇宙线天体源的探测可以为宇宙线起源探索提供“一锤定音”的证据。
此外，伽马射线是示踪其父辈带电粒子加速的重要探针，这些伽马射线天体源为宇宙线起源天体的寻找提供了重要的候选天体。伽马辐射存在两种可能的起源：一是高能电子与低能光子逆康普顿散射过程产生，即轻子起源；二是高能强子宇宙线与周围物质通过强子—强子相互作用的次级中性π介子衰变产生，即强子起源。
强子宇宙线在宇宙线占据绝对主导份额，宇宙线起源问题的研究就是寻找强子宇宙线的起源天体。所以通过伽马射线观测寻找宇宙线起源的重点就是确定伽马射线的辐射机制，排除轻子起源和寻找强子起源证据，但是这同时也是难点所在，因为大部分源在GeV-TeV（1G=109，1T=1012）能区，很难区分这两种辐射机制，目前大部分伽马射线源倾向于轻子源。
轻子辐射和强子辐射的一个区分点是在超高能区。高能电子在星际磁场与辐射场中的冷却时标随能量升高而变短，100TeV以上存在Klein-Nishina高能压低效应，而强子源辐射的100TeV以上伽马射线不存在这些问题，因此超高能伽马射线是目前通过伽马射线确认宇宙线起源的希望，而且可以直接解决能量达PeV（1P＝1015）量级的银河宇宙线起源问题，LHAASO就是为此目标而设计的。
拉索能做什么？
LHAASO作为近年来以宇宙线观测研究为核心的国家重大科技基础设施，探测面积达到1.36平方千米，是国际同类装置西藏羊八井ASγ实验的20倍和美国HAWC实验的60倍。LHAASO在超高能区的灵敏度是国际同类装置10倍以上，同时也远高于下一代大型切伦科夫望远镜阵列，预计未来相当长时间内在超高能区保持国际领先。此外，LHAASO还是全球最灵敏的大视场甚高能伽马射线探测装置。
基于1/2阵列11个月数据，LHAASO取得了第一个突破性进展，并于2021年5月17日发布在《自然》上，即发现了12个高显著的稳定超高能伽马射线源，其光子能谱一直延伸到1PeV附近未见明显截断，从而确认了银河系内首批PeV粒子宇宙加速器，并揭示PeV加速器在银河系内可能普遍存在。这些发现开启了超高能伽马天文观测时代，表明年轻的大质量星团、超新星遗迹、脉冲星风云等是银河系内加速超高能宇宙线的最佳候选天体，为破解宇宙线起源这个世纪之谜指明了方向。
这次成果还包括记录到迄今人类观测到的最高能量光子，能量达1.42±0.13PeV，该区内部大量存在恒星生生死死的剧烈活动，具有复杂的强激波环境，是理想的宇宙线加速场所。如果LHAASO未来进行深入观测，则有可能为强子辐射起源提供强有力证据，将成为解开“世纪之谜”的突破口。
2021年7月9日，《科学》发布了LHAASO的第二个重要科学成果，测量了高能天文学标准烛光蟹状星云的最高能量端能谱，此次研究不但确认了此范围内其他实验几十年的观测结果，还将标准烛光的测量范围由0.3PeV拓展至1.1PeV。
LHAASO预期每年可以记录到1—2个来自蟹状星云的PeV光子，未来几年内将可以探索更多关于PeV粒子加速的奥秘。
LHAASO是目前和未来20年内最强的超高能伽马射线探测装置，部分阵列近1年观测已经接连取得突破性进展，其全阵列已于2021年7月正式开始运行，未来有望带领我们揭开银河系内宇宙线起源这一“世纪之谜”，并在超高能伽马波段这一最高能量电磁波窗口探索浩瀚宇宙。
（作者系中国科学院高能物理研究所研究员，原载于《前沿科学》2021年第3期，有删节）
LHAASO是目前和未来20年内最强的超高能伽马射线探测装置，部分阵列近1年观测已经接连取得突破性进展，未来有望带领我们揭开银河系内宇宙线起源这一世纪之谜，并在超高能伽马波段这一最高能量电磁波窗口探索浩瀚宇宙。
浩瀚宇宙，渺渺星空，在空荡荡的星际空间，有许多肉眼不可见的微观高能粒子在以接近光速飞行。平均而言，这些粒子可以在银河系内飞行百万年，其中有极少部分粒子与地球不期而遇，成为地球上神秘的“天外来客”。
1911年，奥地利物理学家赫斯乘坐气球，飞行到5千米的高空，首次发现这位来自宇宙的“客人”，这位“客人”被命名为“宇宙线”，赫斯也因宇宙线的发现获得了1936年的诺贝尔物理学奖。这一发现开启了人类探索宇宙奥秘的新篇章。
近日，国家重大科技基础设施高海拔宇宙线观测站拉索（LHAASO）正式通过性能工艺验收，这标志着拉索已经建成，并正式进入科学运行阶段。建在4000米高海拔山端的拉索，以探索高能宇宙线起源以及相关的高能天体演化和暗物质研究为核心科学目标，正式开始科学运行后每天可以积累1.7亿个超高能宇宙线事例和20多亿个甚高能宇宙线事例。
什么是宇宙线？
赫斯是通过宇宙线在空气中产生的电离效应来证明其存在的，随后产生的首个问题就是宇宙线是什么粒子，这个问题困扰了人类很长时间。
刚开始，大多数人误认为它是来自宇宙的一种远高于X射线的高频电磁辐射，“宇宙线（即宇宙射线）”这个名字就是美国实验物理学家密立根在1925年首次提出，虽然这是当时对宇宙线的一种错误认识，但是这个名字一直沿用至今。
1932年，美国物理学家康普顿组织了大量人力对地球上不同地理纬度的宇宙线强度进行了测量，发现了地球磁场对宇宙线强度的调制效应，判定原初的宇宙线是带电粒子，而不是光子。
如今，人类可以利用先进的粒子鉴别技术，搭载高空气球、卫星或空间站到大气层顶部直接测定宇宙线的种类，知道了宇宙线主要是由带正电的原子核组成，其中含量最高的是质子（即氢原子核），还有元素周期表中的多种原子核，还包含少量光子、电子、中微子以及反粒子等。
在人造粒子加速器诞生之前的时代，宇宙线是唯一的高能粒子源，是人类研究高能微观粒子与物质相互作用规律的唯一工具。20世纪60年代，人造加速器的发展和粒子对撞机的出现，让宇宙线在粒子物理中的作用被取代，宇宙线的研究也逐渐转向粒子天体物理方面。
宇宙线源自何方？
迄今为止，人们观测到的宇宙线粒子的最高能量已达到1020电子伏特（eV），是人类最大的粒子加速器——欧洲核子中心大型强子对撞机所能加速粒子能量的1000万倍。这么高能量的宇宙线起源于什么天体？它们是如何被加速到极端高的能量的？这些问题长期推动着人类去探索宇宙和大自然的奥秘，其中最基本最核心的问题是起源问题，被称为“世纪之谜”。
宇宙线为带电粒子，在传播过程中会被宇宙空间中的磁场影响后偏转运动方向进而失去源头位置信息，所以通过宇宙线粒子探测并不能找到宇宙线的起源天体。宇宙线的能谱从1011eV到1020eV大体呈现为幂律形式，表现为非热加速起源特性。中间有两个明显特征：在1015eV附近能谱变软，呈现出“膝”形结构；在1018eV附近能谱变硬，呈现出了“踝”形结构，这些结构蕴含关于宇宙线起源的重要信息。根据银河系内天体的尺度和磁场强度对宇宙线加速上限的估计，一般认为，“膝”区能量及以下的宇宙线起源于银河系内的天体源，而“踝”区能量以上的宇宙线起源于银河系外。
宇宙线的测量特征说明其起源于非热辐射过程，而且能量非常高。人类根据对太阳的认识，认为普通的恒星不可能把粒子加速到如此高的能量。因此，宇宙线的发源地必然进行着极端剧烈的变化或者具备极端的物理条件。根据伽马射线天文观测结果，目前的候选天体主要有超新星及其遗迹星云、脉冲星及其风云、年轻大质量星团、双星系统、伽马射线暴、活动星系核等，这些候选源的共同特征是存在强激波。
如何探寻宇宙线？
高能伽马天文、高能中微子天文、极高能宇宙线天文是寻找宇宙线起源的三大重要支柱。高能中微子和极高能宇宙线天体源的探测可以为宇宙线起源探索提供“一锤定音”的证据。
此外，伽马射线是示踪其父辈带电粒子加速的重要探针，这些伽马射线天体源为宇宙线起源天体的寻找提供了重要的候选天体。伽马辐射存在两种可能的起源：一是高能电子与低能光子逆康普顿散射过程产生，即轻子起源；二是高能强子宇宙线与周围物质通过强子—强子相互作用的次级中性π介子衰变产生，即强子起源。
强子宇宙线在宇宙线占据绝对主导份额，宇宙线起源问题的研究就是寻找强子宇宙线的起源天体。所以通过伽马射线观测寻找宇宙线起源的重点就是确定伽马射线的辐射机制，排除轻子起源和寻找强子起源证据，但是这同时也是难点所在，因为大部分源在GeV-TeV（1G=109，1T=1012）能区，很难区分这两种辐射机制，目前大部分伽马射线源倾向于轻子源。
轻子辐射和强子辐射的一个区分点是在超高能区。高能电子在星际磁场与辐射场中的冷却时标随能量升高而变短，100TeV以上存在Klein-Nishina高能压低效应，而强子源辐射的100TeV以上伽马射线不存在这些问题，因此超高能伽马射线是目前通过伽马射线确认宇宙线起源的希望，而且可以直接解决能量达PeV（1P＝1015）量级的银河宇宙线起源问题，LHAASO就是为此目标而设计的。
拉索能做什么？
LHAASO作为近年来以宇宙线观测研究为核心的国家重大科技基础设施，探测面积达到1.36平方千米，是国际同类装置西藏羊八井ASγ实验的20倍和美国HAWC实验的60倍。LHAASO在超高能区的灵敏度是国际同类装置10倍以上，同时也远高于下一代大型切伦科夫望远镜阵列，预计未来相当长时间内在超高能区保持国际领先。此外，LHAASO还是全球最灵敏的大视场甚高能伽马射线探测装置。
基于1/2阵列11个月数据，LHAASO取得了第一个突破性进展，并于2021年5月17日发布在《自然》上，即发现了12个高显著的稳定超高能伽马射线源，其光子能谱一直延伸到1PeV附近未见明显截断，从而确认了银河系内首批PeV粒子宇宙加速器，并揭示PeV加速器在银河系内可能普遍存在。这些发现开启了超高能伽马天文观测时代，表明年轻的大质量星团、超新星遗迹、脉冲星风云等是银河系内加速超高能宇宙线的最佳候选天体，为破解宇宙线起源这个世纪之谜指明了方向。
这次成果还包括记录到迄今人类观测到的最高能量光子，能量达1.42±0.13PeV，该区内部大量存在恒星生生死死的剧烈活动，具有复杂的强激波环境，是理想的宇宙线加速场所。如果LHAASO未来进行深入观测，则有可能为强子辐射起源提供强有力证据，将成为解开“世纪之谜”的突破口。
2021年7月9日，《科学》发布了LHAASO的第二个重要科学成果，测量了高能天文学标准烛光蟹状星云的最高能量端能谱，此次研究不但确认了此范围内其他实验几十年的观测结果，还将标准烛光的测量范围由0.3PeV拓展至1.1PeV。
LHAASO预期每年可以记录到1—2个来自蟹状星云的PeV光子，未来几年内将可以探索更多关于PeV粒子加速的奥秘。
LHAASO是目前和未来20年内最强的超高能伽马射线探测装置，部分阵列近1年观测已经接连取得突破性进展，其全阵列已于2021年7月正式开始运行，未来有望带领我们揭开银河系内宇宙线起源这一“世纪之谜”，并在超高能伽马波段这一最高能量电磁波窗口探索浩瀚宇宙。
（作者系中国科学院高能物理研究所研究员，原载于《前沿科学》2021年第3期，有删节）
蓼河新城这样干！宜居宜业宜游的生态科技新城
8月26日，济宁市政府新闻办召开济宁市蓼河新城建设指挥部项目建设情况新闻发布会，蓼河新城建设指挥部有关负责同志介绍了蓼河新城项目建设情况。
蓼河新城作为全市“四城”之一，总面积42平方公里，总体定位为生态科技城，功能定位为鲁西南新旧动能转换先导区、都市区生态智慧科技创新区、济宁市产城融合发展示范区。蓼河新城建设，充分考虑现有自然条件，统筹生产、生活、生态三大空间，按照产城人河一体化推进思路，规划了“两轴并两带、三心领三区”空间布局，“两轴”为崇文大道城市发展轴和海川路创新创业发展轴，“两带”为蓼河生态智慧活力带和鸿广河生态人文景观带，“三心”为新城综合中心、科技创新中心、云创服务中心，“三区”为综合服务片区、双创宜居片区、健康宜居片区。
蓼河新城建设按照“一年有势头、两年有看头、三年见成效”的推进节奏，在生态景观、城市品质、配套服务、片区开发、产城融合等方面持续发力，目前取得了显著成效，近两年来新城精品社区年平均开发量在300万平方米以上，职住平衡指数达到70%，公共服务设施一刻钟可达覆盖率85%，新城总体道路网密度每平方千米5.3千米以上，绿化覆盖率达45.5%，人均公园绿地面积达14.8平方米，居全市前列，居住人口达到35.7万。蓼河新城建设指挥部作为新城规划建设运营的推动者，始终聚焦项目建设，全面实施重点项目挂图作战，确保“说了算、定了干、按期完”。
在市政建设方面。(1)实施重大交通“强骨”工程。海川路北跨、济宁大道东延等重大交通工程加快建设，海川路北跨正在进行箱梁安装，年底主桥通车，畅通城市南北交通动脉，济宁大道东延正全力推进高架桥段建设，随着内环高架、济宁新机场高速的建成通车，高新区的交通“强骨”工程更加完善。(2)实施干线道路“畅通”工程，弘济路桥、德源路桥等7座桥梁已竣工通车，海川路桥、鸿广路桥正快速推进，今年11月份将全面建成通车，启动菱花路南延下穿新兖铁路桥工程，破解铁路交通壁垒。(3)实施断头路“清零”工程。新城建设以来，已先后打通30多条断头路，今年计划再打通10条断头路，群英路东延、和顺路、溪水路等续建工程正在进行收尾，7条新建道路年内全部建成通车，打造成环成网的城市内循环交通体系。(4)实施雨污分流“闭环”工程。新建雨污水管网67.5公里，高新区全域管网闭合成环，推动城市污水收集、处理提质增效。(5)实施供热“全覆盖”工程。新增供热面积200万平方米，新建小区供热覆盖率100%。
在功能配套方面。针对大型商业是新城最大短板之一情况，集中建设红星爱琴海、奥特莱斯、华润万象汇三大商业综合体，12万平方米的红星爱琴海项目正进行装饰装修等收尾工作，9月底试运营，16万平方米的奥特莱斯一期已完成主体施工转入内外装修，年内一期运营，10万平方米的华润万象汇年内主体建成，年初我们举全区之力完成了圣都会议中心建设攻坚任务，圆满保障了市级“两会”的顺利召开。在教育上，引入苏州伦华、山东“271”等知名教育机构，建成了海达行知、蓼河外国语、孔子国际等知名学校，实施了公办教育提升工程，湖滨学校正加快建设，明年9月份建成招生，弘济学校正在筹备建设，教育优势效应叠加释放，目前中考成绩全市“六连冠”，高中教育稳居全市前列。在医疗上。依托济宁市第一人民医院东院区，规划建设了第一人民医院东院区二期、蓼河新城医院，资源优势持续放大。在创业上。70万平方米麒麟岛创业基地已启动建设，金科生命健康产业城(一期)13栋厂房主体已封顶，年内实现开园，再为创业者提供舞台。
在城市景观方面。实施绿化、美化、亮化和重点区域景观化工程，建成开放了19个“口袋公园”，对崇文大道、鸿广路等10条道路及20余个重要路口绿化实施分级提升，建成15公里泗河大道堤顶观光带，对孟子大道、崇文大道等11条城市主干道实施增绿添花工程，栽植各类花树4850余株。新城建设以来新增及提升绿化面积326万平方米，绿化覆盖率达到45.5%，人均公园绿地面积达14.8平方米，居全市前列。完成红星爱琴海、新世纪广场、鸿雁湖三大音乐水舞秀建设，吟龙湾片区夜间灯火通明，人流如织，扮靓新城夜景，“溢彩高新”成为网红打卡地。
在连片开发方面。基本建成差异化住房供应体系，在精品社区方面，商品房年均交易量在300万平方米以上，在建精品社区楼盘18个，华润万象府、华都国滨府等一批高品质商业住宅即将竣工上房，湖畔学府、和光屿湖等高端商住片区落地新城;在保障房建设方面，集中推进6大棚改片区建设，前后苏、前后栗片区6100余套安置房年内竣工交付，黄屯、王因棚改片区完成主体施工;在人才公寓方面，11万平方米国际人才社区和25万平方米才子嘉苑加快建设。
在产城融合方面。在产业发展上，从铺摊子向强链条演进，把有限的资源用在“刀刃上”，更加聚拢聚焦聚集，1.2万亩的产业新空间拔地而起，四大主导产业向国家级现代化产业集群跃升;在城市发展上，坚持一张蓝图绘到底，统筹“产、城、人、河”一体化推进，城市框架由“洸府河时代”迈入“蓼河新时代”。高新区常住人口达到35.7万人，较三年前新增11万人，成为全市净流入人口最多的区域，蓼河新城初见成效;在创新发展上，始终不忘“发展高科技、实现产业化”的初心使命，谋篇绘制了“两谷一港一岛一中心”的功能布局，推动济宁创新谷上升为市级重大战略，对县市区的辐射带动效应初步显现。
下一步，蓼河新城建设指挥部一以贯之落实挂图作战，实施重点工作项目化管理，成立专班，冲刺三季度、决战全年胜，全力推进项目提速建设，补齐功能短板，加速人气聚集，提升产城融合水平，打造宜居宜业宜游的一流生态科技新城，让蓼河新城成为济宁人创业和生活的首选之地。
一是继续拉开城市框架。发挥高新区在济宁都市组群的支点纽带作用，加快海川路北跨南延、同济路南延、德源路南延北跨、济宁大道东延、京杭路东延等交通连接工程，实施沿泗河基础性开发，向北与颜店新城产业融合，向东、向南与邹城、太白湖协同发展，实现10分钟进入快速路、20分钟接入高速公路、30分钟通达高铁机场。加快推进水、电、气、暖、网等各类基础设施建设，提升城市承载能力。
二是提速增效新城建设。蓼河新城的蓝图已经绘就，基础设施、教育、医疗，特别是商业配套等城市功能设施建设已全面展开，但建设速度、推进节奏与广大市民的期待还有差距。今年，对蓼河新城来说，是重点项目陆续竣工，城市形象全面提升、真正见成效的关键一年，具有里程碑意义。
三是不断完善城市功能。持续完善功能配套，聚力打造“在蓼河”品牌。持续推进精品社区建设，叫响“居住在蓼河”品牌，再吸引2万多人到新城居住。加快市第一人民医院东院区二期、蓼河新城医院建设，确保2023年运营，叫响“健康在蓼河”品牌。加快建设高新区职教中心，加快湖滨学校、弘济学校建设，5年内新增普惠性学前教育、义务教育学位1万个，补齐公立义务教育短板，叫响“教育在蓼河”品牌。三大商业综合体加快建成运营，爱琴海购物公园、奥特莱斯、华润万象汇饱和性投入、及早营业，打造区域商业新高地，加速集聚蓼河新城商气人气，叫响“购物在蓼河”品牌。规划建设蓼河绿道系统，打通主干道路断点，真正形成与主路隔离、相对封闭的健康绿道，提升蓼河“周末游”经济，叫响“游玩在蓼河”品牌。
四是集聚产城融合优势。坚持“以产兴城、以城带产、产城融合、城乡一体”，在城市开发、运营过程中积极导入自身产业，通过精心选址、导入全链条产业资源、打造产业生态集群等方式，打造独具高新特色的产城融合范本，助推城市焕新，使产业、城市、人之间充满活力，持续向上发展。高新区将聚力打造“三个高地”，突破济宁创新谷、济宁国际高端装备产业城、蓼河新城等一批重大产业、科创和城市空间载体建设，打造济宁东部的生态科技新城，助力都市区城市群建设。提速推进济宁智能终端产业园、山东新材料基地、中韩高端装备产业园、金科国际生命健康城建设，围绕四大产业集聚区持续用力，围绕产业链缺失环节开展专题招商、产业招商，力争到2023年形成‘万亩千亿’产业集群这一目标。重点依托济宁创新谷，成立“231”产业创新联盟和县市区协同创新联盟，推行“研发代工”“二次开发”等技术转化新模式，构建分工合理、梯次接续、协同高效的创新生态，促进蓼河新城产城融合发展，为全市经济社会高质量发展作出新贡献。
近年来，蓼河新城的建设日新月异、成效显著，济宁高新区下步将紧紧围绕蓼河新城建设，在生态景观打造、城市品质提升、配套服务建设、产城融合发展等方面持续发力，全力提速项目建设，攻坚克难疏通堵点，努力实现蓼河新城建设新突破。
8月26日，济宁市政府新闻办召开济宁市蓼河新城建设指挥部项目建设情况新闻发布会，蓼河新城建设指挥部有关负责同志介绍了蓼河新城项目建设情况。
蓼河新城作为全市“四城”之一，总面积42平方公里，总体定位为生态科技城，功能定位为鲁西南新旧动能转换先导区、都市区生态智慧科技创新区、济宁市产城融合发展示范区。蓼河新城建设，充分考虑现有自然条件，统筹生产、生活、生态三大空间，按照产城人河一体化推进思路，规划了“两轴并两带、三心领三区”空间布局，“两轴”为崇文大道城市发展轴和海川路创新创业发展轴，“两带”为蓼河生态智慧活力带和鸿广河生态人文景观带，“三心”为新城综合中心、科技创新中心、云创服务中心，“三区”为综合服务片区、双创宜居片区、健康宜居片区。
蓼河新城建设按照“一年有势头、两年有看头、三年见成效”的推进节奏，在生态景观、城市品质、配套服务、片区开发、产城融合等方面持续发力，目前取得了显著成效，近两年来新城精品社区年平均开发量在300万平方米以上，职住平衡指数达到70%，公共服务设施一刻钟可达覆盖率85%，新城总体道路网密度每平方千米5.3千米以上，绿化覆盖率达45.5%，人均公园绿地面积达14.8平方米，居全市前列，居住人口达到35.7万。蓼河新城建设指挥部作为新城规划建设运营的推动者，始终聚焦项目建设，全面实施重点项目挂图作战，确保“说了算、定了干、按期完”。
在市政建设方面。(1)实施重大交通“强骨”工程。海川路北跨、济宁大道东延等重大交通工程加快建设，海川路北跨正在进行箱梁安装，年底主桥通车，畅通城市南北交通动脉，济宁大道东延正全力推进高架桥段建设，随着内环高架、济宁新机场高速的建成通车，高新区的交通“强骨”工程更加完善。(2)实施干线道路“畅通”工程，弘济路桥、德源路桥等7座桥梁已竣工通车，海川路桥、鸿广路桥正快速推进，今年11月份将全面建成通车，启动菱花路南延下穿新兖铁路桥工程，破解铁路交通壁垒。(3)实施断头路“清零”工程。新城建设以来，已先后打通30多条断头路，今年计划再打通10条断头路，群英路东延、和顺路、溪水路等续建工程正在进行收尾，7条新建道路年内全部建成通车，打造成环成网的城市内循环交通体系。(4)实施雨污分流“闭环”工程。新建雨污水管网67.5公里，高新区全域管网闭合成环，推动城市污水收集、处理提质增效。(5)实施供热“全覆盖”工程。新增供热面积200万平方米，新建小区供热覆盖率100%。
在功能配套方面。针对大型商业是新城最大短板之一情况，集中建设红星爱琴海、奥特莱斯、华润万象汇三大商业综合体，12万平方米的红星爱琴海项目正进行装饰装修等收尾工作，9月底试运营，16万平方米的奥特莱斯一期已完成主体施工转入内外装修，年内一期运营，10万平方米的华润万象汇年内主体建成，年初我们举全区之力完成了圣都会议中心建设攻坚任务，圆满保障了市级“两会”的顺利召开。在教育上，引入苏州伦华、山东“271”等知名教育机构，建成了海达行知、蓼河外国语、孔子国际等知名学校，实施了公办教育提升工程，湖滨学校正加快建设，明年9月份建成招生，弘济学校正在筹备建设，教育优势效应叠加释放，目前中考成绩全市“六连冠”，高中教育稳居全市前列。在医疗上。依托济宁市第一人民医院东院区，规划建设了第一人民医院东院区二期、蓼河新城医院，资源优势持续放大。在创业上。70万平方米麒麟岛创业基地已启动建设，金科生命健康产业城(一期)13栋厂房主体已封顶，年内实现开园，再为创业者提供舞台。
在城市景观方面。实施绿化、美化、亮化和重点区域景观化工程，建成开放了19个“口袋公园”，对崇文大道、鸿广路等10条道路及20余个重要路口绿化实施分级提升，建成15公里泗河大道堤顶观光带，对孟子大道、崇文大道等11条城市主干道实施增绿添花工程，栽植各类花树4850余株。新城建设以来新增及提升绿化面积326万平方米，绿化覆盖率达到45.5%，人均公园绿地面积达14.8平方米，居全市前列。完成红星爱琴海、新世纪广场、鸿雁湖三大音乐水舞秀建设，吟龙湾片区夜间灯火通明，人流如织，扮靓新城夜景，“溢彩高新”成为网红打卡地。
在连片开发方面。基本建成差异化住房供应体系，在精品社区方面，商品房年均交易量在300万平方米以上，在建精品社区楼盘18个，华润万象府、华都国滨府等一批高品质商业住宅即将竣工上房，湖畔学府、和光屿湖等高端商住片区落地新城;在保障房建设方面，集中推进6大棚改片区建设，前后苏、前后栗片区6100余套安置房年内竣工交付，黄屯、王因棚改片区完成主体施工;在人才公寓方面，11万平方米国际人才社区和25万平方米才子嘉苑加快建设。
在产城融合方面。在产业发展上，从铺摊子向强链条演进，把有限的资源用在“刀刃上”，更加聚拢聚焦聚集，1.2万亩的产业新空间拔地而起，四大主导产业向国家级现代化产业集群跃升;在城市发展上，坚持一张蓝图绘到底，统筹“产、城、人、河”一体化推进，城市框架由“洸府河时代”迈入“蓼河新时代”。高新区常住人口达到35.7万人，较三年前新增11万人，成为全市净流入人口最多的区域，蓼河新城初见成效;在创新发展上，始终不忘“发展高科技、实现产业化”的初心使命，谋篇绘制了“两谷一港一岛一中心”的功能布局，推动济宁创新谷上升为市级重大战略，对县市区的辐射带动效应初步显现。
下一步，蓼河新城建设指挥部一以贯之落实挂图作战，实施重点工作项目化管理，成立专班，冲刺三季度、决战全年胜，全力推进项目提速建设，补齐功能短板，加速人气聚集，提升产城融合水平，打造宜居宜业宜游的一流生态科技新城，让蓼河新城成为济宁人创业和生活的首选之地。
一是继续拉开城市框架。发挥高新区在济宁都市组群的支点纽带作用，加快海川路北跨南延、同济路南延、德源路南延北跨、济宁大道东延、京杭路东延等交通连接工程，实施沿泗河基础性开发，向北与颜店新城产业融合，向东、向南与邹城、太白湖协同发展，实现10分钟进入快速路、20分钟接入高速公路、30分钟通达高铁机场。加快推进水、电、气、暖、网等各类基础设施建设，提升城市承载能力。
二是提速增效新城建设。蓼河新城的蓝图已经绘就，基础设施、教育、医疗，特别是商业配套等城市功能设施建设已全面展开，但建设速度、推进节奏与广大市民的期待还有差距。今年，对蓼河新城来说，是重点项目陆续竣工，城市形象全面提升、真正见成效的关键一年，具有里程碑意义。
三是不断完善城市功能。持续完善功能配套，聚力打造“在蓼河”品牌。持续推进精品社区建设，叫响“居住在蓼河”品牌，再吸引2万多人到新城居住。加快市第一人民医院东院区二期、蓼河新城医院建设，确保2023年运营，叫响“健康在蓼河”品牌。加快建设高新区职教中心，加快湖滨学校、弘济学校建设，5年内新增普惠性学前教育、义务教育学位1万个，补齐公立义务教育短板，叫响“教育在蓼河”品牌。三大商业综合体加快建成运营，爱琴海购物公园、奥特莱斯、华润万象汇饱和性投入、及早营业，打造区域商业新高地，加速集聚蓼河新城商气人气，叫响“购物在蓼河”品牌。规划建设蓼河绿道系统，打通主干道路断点，真正形成与主路隔离、相对封闭的健康绿道，提升蓼河“周末游”经济，叫响“游玩在蓼河”品牌。
四是集聚产城融合优势。坚持“以产兴城、以城带产、产城融合、城乡一体”，在城市开发、运营过程中积极导入自身产业，通过精心选址、导入全链条产业资源、打造产业生态集群等方式，打造独具高新特色的产城融合范本，助推城市焕新，使产业、城市、人之间充满活力，持续向上发展。高新区将聚力打造“三个高地”，突破济宁创新谷、济宁国际高端装备产业城、蓼河新城等一批重大产业、科创和城市空间载体建设，打造济宁东部的生态科技新城，助力都市区城市群建设。提速推进济宁智能终端产业园、山东新材料基地、中韩高端装备产业园、金科国际生命健康城建设，围绕四大产业集聚区持续用力，围绕产业链缺失环节开展专题招商、产业招商，力争到2023年形成‘万亩千亿’产业集群这一目标。重点依托济宁创新谷，成立“231”产业创新联盟和县市区协同创新联盟，推行“研发代工”“二次开发”等技术转化新模式，构建分工合理、梯次接续、协同高效的创新生态，促进蓼河新城产城融合发展，为全市经济社会高质量发展作出新贡献。
近年来，蓼河新城的建设日新月异、成效显著，济宁高新区下步将紧紧围绕蓼河新城建设，在生态景观打造、城市品质提升、配套服务建设、产城融合发展等方面持续发力，全力提速项目建设，攻坚克难疏通堵点，努力实现蓼河新城建设新突破。
✋热门推荐