從雪山、氣球到太空，六十載鑄就空間天文「重器」

矗立在高能所院內的「無盡陰陽」雕塑。

;;新華社北京６月１８日電（記者屈婷　喻菲　全曉書）在中國科學院高能物理研究所（以下簡稱高能所）的院落里，一座名為「無盡陰陽」的太極符號雕塑頗有意趣。據說，它揭示了東方哲學和高能物理共同探究的問題——萬物之「道」。; 中國近日成功發射的首枚Ｘ射線天文衛星「慧眼」同樣要一探宇宙深處的「萬物之道」。它重約２．５噸，是空間科學先導專項中重量最重、特色鮮明的一顆衛星，堪稱「大國重器」。; 很少有人知道，這顆衛星的背後是一條崎嶇而壯麗的「悟道」之旅：六十多年來，三代科學家從零起步，殫精竭慮，讓中國高能天體物理從雪山雲室、高空氣球到太空，一步步走向基礎科學領域的最前沿。; 【「守株待兔」的雪山雲室】; １９５４年，在雲南東川一座海拔３２００米的山峰上，中國第一個宇宙線實驗室建成了，得名「落雪站」。從１９５８年到１９６５年的７年里，由三個大型雲室組成的實驗裝備陸續建成，使得這一大雲霧室成為當時世界同類裝置規模最大、水平最先進的儀器之一。

當年建在雲南高山上的「落雪站」。（記者賀萌手繪）

; 但是，雲霧室的原理基本就像「守株待兔」，只有極高能量的宇宙線正好射進來，才能捕捉得到，效率和精度都很難保證。; 到了１９７２年，歐洲核子研究中心等已經展開了高能加速器的研究。在此背景下，同年９月，周恩來總理指示高能物理和高能加速器的研究工作「這件事不能再延遲了」。１９７３年，中國科學院高能物理研究所成立，並以雲南落雪山宇宙線觀測站的研究人員為主體，成立了宇宙線研究室，從此以空間、地面、地下等多種探測手段開展粒子天體物理的實驗研究。; 高能所研究員張承模清楚地記得，自己是１９７５年「上山」的，參與改造了雲霧室的電子學系統。由於山高路險，科研人員一「上山」就是一年多，蔬菜、大米都需要從海拔２０００多米的銅礦區扛上來。; 「當時我們有一個口號叫：頭頂藍天，腳踩白雲，一定要把雲霧室改造好。」張承模回憶說，山上最大的敵人是寒冷和缺氧，一些身體差的人甚至會吐血。但這些年輕的物理學家頗具樂觀精神，不忘觀察松鼠、落地松，雲霧氤氳中還會以歌聲唱和。; 新系統運行後的一年裡，張承模和同事們值班時最主要的工作就是等待著巨大的爆炸聲響起，其餘時間就用看書打發時間。大家發現，真正的觀測數據很少，有用的數據更是「少之又少」，根本無法形成具有國際影響力的成果。; 這使得李惕碚、顧逸東、吳枚等一批年輕物理學家意識到：一定要發展主動觀測的手段，挺進空間天文觀測的「高地」。; 【「ＨＡＰＩ」飛入平流層】; 當時，他們決定把探測宇宙高能粒子的儀器安置在高空氣球上，飛入平流層進行天體物理觀測。

中國自行研製的高空氣球飛入平流層。（記者賀萌手繪）

; 在李惕碚的領導下，研究團隊分成兩隊，一隊由吳枚、陸柱國牽頭，研製載荷探測器；另一隊由顧逸東領銜，研究氣球運載；此外，馬宇蒨負責數據分析平台的建設。; 身在載荷團隊的張承模回憶，一開始大家只能從日本、德國的書上一點點了解空間觀測器的概念，尋找材料，即使是製作一個最簡單的光電倍增管讀出系統，也吃盡了苦頭。; 研製氣球的運載團隊一樣遇到了很大困難。沒有計算機模擬計算升限、載重等設計參數，他們全靠紙筆運算，先把報紙一塊塊粘起來，像裁縫一樣剪出需要的形狀，再把它們拼成模型，最後據此將氣球材料一塊塊剪下來，互相拼接成氣球。;;「零號」產品誕生於１９８３年中秋節。在河北香河縣，一個３０００立方米的氣球帶著鋁製吊籃充滿了氫氣，攜帶著被泡沫包裹嚴實的探測器第一次飛入了平流層！; 有趣的是，在這個探測器大功告成之際，大家就有了「舔犢」之心，商量著要給它起個名字，也為未來的系列探測器博個「好彩頭」。最後，還是李惕碚提議用其英文縮寫「ＨＡＰＩ」，也取「ｈａｐｐｙ」的諧音，大家欣然同意。; １９８４年５月２３日，３萬立方米的高空氣球帶著「ＨＡＰＩ－１」首次實現平流層高度上對蟹狀星雲脈衝星３３毫秒周期信號的Ｘ射線觀測。; １９８５年９月２２日，１０萬立方米的高空氣球帶著「ＨＡＰＩ－２」幸運地觀測到了黑洞候選體——「天鵝座Ｘ－１」的時間結構和能量譜。; １９８７年，一顆超新星爆發，只有南半球能觀測到，巴西是最好的觀測地。儘管經費不足，但中國科學家還是攜「ＨＡＰＩ－３」首次赴海外參與國際天文聯合觀測。; 最特別的是「ＨＡＰＩ－４」，因為它要驗證１９９２年由李惕碚和吳枚提出的直接解調成像方法。這種方法與西方科學界複雜、昂貴的編碼孔徑成像方法相比，物美價廉得「難以置信」，但也有人對此表示懷疑。; １９９３年９月２５日，「ＨＡＰＩ－４」升至３６－３８千米的高空，對「天鵝座Ｘ－１」進行約１小時掃描觀測。結果表明，ＨＡＰＩ－４的成像質量優於大型編碼孔徑成像望遠鏡。; 至此，ＨＡＰＩ系列探測器完成了自己承前啟後的使命。１９９３年，硬Ｘ射線調製望遠鏡（簡稱ＨＸＭＴ）項目被提出，並在２０１１年３月正式立項。;;【「神舟」「嫦娥」「天宮」開啟太空觀測】; １９９２年９月２１日，中國載人航天工程啟動。按照計劃，「神舟二號」飛船上將搭載超軟Ｘ射線、Ｘ射線和伽馬射線探測器。而其中的Ｘ射線探測器可謂是ＨＸＭＴ望遠鏡的最原初設計。

月球車展開機械臂展開探測。（記者賀萌手繪）

; 通過近８年的研製，２００１年１月１０日，被喻為「太空實驗艙」的「神舟二號」發射升空。位於飛船頭部的探測器成功觀測到了近３０個宇宙伽馬暴和近百例太陽耀斑的Ｘ射線、伽馬射線暴發事例。這是中國科學家首次獲得了在地球以外３５０公里到４００公里高度的空間天文觀測數據，可謂意義非凡。; ２００７年，Ｘ射線譜儀隨「嫦娥一號」走向距離地球３８萬公里的深空。中國首次獲得了第一手的月球元素數據，這將幫助人類探索月球的起源。; ２０１０年１０月１日，空間高解析度Ｘ射線譜儀隨「嫦娥二號」發射成功。它在月球軌道開機１９５天，通過數據分析獲得了國際上首個基於Ｘ射線觀測數據的全月鋁元素分布。這一「跨越」最遠的觀測，還獲得了中國目前解析度最高的太陽Ｘ射線能譜，提高了人類對日地空間環境的認識。; ２０１３年１２月１４日，「嫦娥三號」衛星穩穩地「落」在月球上，對月面開展巡視勘察。若干個小時後，月球車「玉兔」與著陸器分離，邁開了歷史性的「又一步」。在「玉兔」的機械臂前段，就是高能所科學家研製的粒子激發Ｘ射線譜儀。; ２０１６年９月，一枚外觀像一盒方形蛋糕，而被科學家昵稱為「小蜜蜂」的探測器「趴」在升空的「天宮二號」頂部，用它複雜的「眼睛」尋找宇宙中最閃耀的爆炸——伽馬射線暴。; ＨＸＭＴ望遠鏡項目首席科學家張雙南透露，ＨＸＭＴ主要研究銀河系內的天體；未來新的天文衛星還可能對其中部分天體進行精細研究，同時也會對鄰近宇宙展開觀測；「再下一步，我們就想把研究範圍擴展到整個宇宙。」

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