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 在中國科學院高能物理研究所（以下簡稱高能所）的院落裡，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，這顆衛星的背后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年裡，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”。（賀萌/新華社）

　　但是，雲霧室的原理基本就像“守株待兔”，隻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証。

　　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，不忘觀察鬆鼠、落地鬆，雲霧氤氳中還會以歌聲唱和。

　　新系統運行后的一年裡，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，其余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。

　　中國自行研制的高空氣球飛入平流層。（賀萌/新華社）

　　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，研制載荷探測器﹔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，一開始大家隻能從日本、德國的書上一點點了解空間觀測器的概念，尋找材料，即使是制作一個最簡單的光電倍增管讀出系統，也吃盡了苦頭。

　　研制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，最后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制吊籃充滿了氫氣，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”。最后，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沖星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，隻有南半球能觀測到，巴西是最好的觀測地。盡管經費不足，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”，因為它要驗証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復雜、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后的使命。1993年，硬Ｘ射線調制望遠鏡（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。（賀萌/新華社）

　　通過近８年的研制，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公裡到400公裡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38萬公裡的深空。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，空間高分辨率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，還獲得了中國目前分辨率最高的太陽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。若干個小時后，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制的粒子激發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，用它復雜的“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，我們就想把研究范圍擴展到整個宇宙。”（記者 屈婷 喻菲 全曉書）