計(jì)劃用四個(gè)群組的熒光望遠(yuǎn)鏡掃描探測(cè)器陣列的上空，繪制空氣簇射粒子在大氣層中橫沖直撞時(shí)產(chǎn)生的微弱藍(lán)光或紫光線條圖。

為了紀(jì)念在空氣簇射研究方面頗有建樹的法國(guó)物理學(xué)家皮埃爾·奧格（1939年，他在研究中發(fā)現(xiàn)宇宙輻射與空氣簇射有關(guān)。他還估計(jì)，創(chuàng)生大規(guī)模空氣簇射的入射粒子能量至少高達(dá)1015電子伏特），三位科學(xué)家把這座天文臺(tái)以他的名字命名。隨后，科學(xué)家們從一個(gè)國(guó)家到另一個(gè)國(guó)家，籌集建造奧格天文臺(tái)所需資金。他們還召集了來自全球、希望加入奧格團(tuán)隊(duì)的一群高能物理學(xué)家。接下來，這些物理學(xué)家也利用各自的關(guān)系，從當(dāng)?shù)卣抢餇?zhēng)取資金。很快，美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)和阿根廷及其他多國(guó)答應(yīng)提供幫助。

與此同時(shí)，奧格團(tuán)隊(duì)調(diào)查南非、澳大利亞和南美洲的奧格天文臺(tái)備選地址。篩選條件一大堆，而最主要的是必須有天空晴朗的大片空曠平地。南非很希望奧格天文臺(tái)能設(shè)在他們那里。但奧格團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，南非的物理學(xué)家數(shù)量不足以支持這個(gè)項(xiàng)目。澳大利亞候選地址也有一個(gè)缺陷：它位于軍事控制區(qū)，不太利于國(guó)際合作。

1995年11月，克洛寧、沃特森和波拉塔夫宣布奧格天文臺(tái)將建在海拔大約1400米的阿根廷潘帕·亞馬麗娜平原上。除了位于西邊的礦業(yè)小鎮(zhèn)馬拉圭（人口2.3萬）之外，這個(gè)平原空曠得正如奧格團(tuán)隊(duì)所需。更好的是，當(dāng)時(shí)的阿根廷總統(tǒng)梅內(nèi)姆為自己的國(guó)家能主辦一個(gè)國(guó)際性科學(xué)項(xiàng)目而非常興奮，答應(yīng)出資相當(dāng)于1000萬美元的阿根廷比索。該項(xiàng)目選址所在地門多薩省，答應(yīng)另外出資500萬美元。

2001年，正在奧格天文臺(tái)的建設(shè)如火如荼之時(shí)，阿根廷遭遇有史以來最嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)危機(jī)和政府變更。阿根廷比索瞬間貶值七成。奧格團(tuán)隊(duì)不得不再度到各處籌措資金，這也是奧格天文臺(tái)遭遇的最大挫折之一。另一個(gè)挫折是在2010年。當(dāng)時(shí)，美國(guó)出資方拒絕出錢在美國(guó)科羅拉多州建設(shè)奧格天文臺(tái)的姊妹天文臺(tái)。如果這個(gè)天文臺(tái)能建成，就能讓科學(xué)家為尋找超高能宇宙射線來源而掃描整個(gè)天空，而不只是南半球天空。

雖然建造過程并不順利，奧格天文臺(tái)的首批154部探測(cè)器還是得以在2004年1月1日開始了數(shù)據(jù)采集。其余探測(cè)器分階段部署，整個(gè)探測(cè)器陣列在2008年完工。其中每個(gè)塑料圓筒箱里都裝著1.2萬升純化水。當(dāng)一個(gè)空氣簇射微粒經(jīng)過這些水時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)一道光。每個(gè)箱子都與光電管連接，因此能測(cè)量這道光。箱子頂部的天線把數(shù)據(jù)傳送到位于馬拉圭鎮(zhèn)的奧格天文臺(tái)總部，從那里發(fā)送給全球大約350位科學(xué)家進(jìn)行研究。

他們?cè)谶@方面的首個(gè)十年（2004～2014年）工作，產(chǎn)生了一系列頗有誘惑性的結(jié)果，其中包括：許多最高能射線其實(shí)并非是常見的質(zhì)子，而是諸如鐵之類的重核。如果真是如此，那就是一個(gè)從未有人想到過的驚人結(jié)果，能夠揭示超高能宇宙射線的神秘加速機(jī)制。但與此同時(shí)，這個(gè)驚人結(jié)果也會(huì)危及奧格團(tuán)隊(duì)的核心目標(biāo)：相對(duì)于質(zhì)子而言，重核更容易被星系間的磁場(chǎng)影響而強(qiáng)烈偏離方向，這會(huì)讓重核的方向隨機(jī)化，因此也就不可能追溯超高能宇宙射線的源頭——這樣一來，旨在找尋超高能宇宙射線源頭的奧格天文臺(tái)又有何用呢？奧格團(tuán)隊(duì)不是自扇耳光嗎？

2007年，這個(gè)擔(dān)憂看來最終消除了。奧格團(tuán)隊(duì)在對(duì)采集自27道射線的數(shù)據(jù)進(jìn)行了3年半的分析后報(bào)告說，超高能宇宙射線看來主要來自于天空中由附近星系里超大質(zhì)量黑洞所占據(jù)的位置。其含義是，與巨型黑洞有關(guān)的某種機(jī)制在把微粒加速到超高能量。這一推測(cè)的公布激起了一陣媒體亢奮，一些一知半解的記者竟然聲稱：宇宙射線來源之謎終于被徹底破解了。

但真相并非如此。隨著此后幾年里相關(guān)數(shù)據(jù)的逐漸累積，上述相關(guān)性越來越弱。最終，奧格團(tuán)隊(duì)間接承認(rèn)他們有可能混淆了數(shù)據(jù)——或許，隨機(jī)的星系間磁場(chǎng)干擾了研究結(jié)果。但奧格團(tuán)隊(duì)爭(zhēng)辯說，他們當(dāng)時(shí)急于發(fā)表研究結(jié)果情有可原，他們只是賦予了觀測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)學(xué)上的意義（而非給出最終結(jié)論），以便其他科學(xué)家思索、評(píng)估這些結(jié)果，這也是科學(xué)研究的慣例之一。

當(dāng)然，超高能宇宙射線之謎至此仍未破解。為了打破僵局，奧格團(tuán)隊(duì)希望能升級(jí)奧格天文臺(tái)。升級(jí)的基本策略是，對(duì)每一個(gè)初級(jí)宇宙射線微粒的質(zhì)量進(jìn)行更好的測(cè)量，由此把相對(duì)未偏離方向的質(zhì)子與較重的微粒區(qū)分開。奧格團(tuán)隊(duì)希望，如果大自然能更仁慈一些，如果超高能宇宙射線中有足夠的質(zhì)子來提供統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，也許他們就能發(fā)現(xiàn)這些射線的源頭。

不難看出，要靠奧格天文臺(tái)來找到超高能宇宙射線的來源，這些“如果”無疑昭示著很大的難度。目前，奧格天文臺(tái)的熒光望遠(yuǎn)鏡負(fù)責(zé)測(cè)量初級(jí)宇宙射線微粒的質(zhì)量。隨著每次空氣簇射在大氣層里下降，這些望遠(yuǎn)鏡都會(huì)觀測(cè)它怎樣擴(kuò)張和沉積能量。但熒光望遠(yuǎn)鏡只能在清朗無月的夜晚工作，這就限制了它們的觀測(cè)時(shí)間。因此，奧格團(tuán)隊(duì)想改為觀測(cè)空氣簇射中的μ介子數(shù)量。μ介子是行為像重電子的短命粒子。由于空氣簇射中的μ介子容易在較重宇宙射線微粒之間的碰撞中最大量地產(chǎn)生，了解它們的豐富度就應(yīng)該能告訴科學(xué)家到達(dá)地球的初級(jí)宇宙射線是質(zhì)子還是重核。

基于μ介子比其他粒子能更深地穿透到水箱里，科學(xué)家們提出了升級(jí)奧格天文臺(tái)的5種建議，實(shí)際上代表著辨識(shí)μ介子的5種不同方法。每種方法都要求一個(gè)不同的新電子儀器、新探測(cè)器組合，以及對(duì)所有1600個(gè)水箱的內(nèi)部改造，難怪升級(jí)成本高達(dá)1500萬美元。支持升級(jí)者指出，這一投資是值得的，部分原因是現(xiàn)有探測(cè)器陣列幾乎沒機(jī)會(huì)獲得辨識(shí)超高能宇宙射線來源所需的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，但照樣每年得花170萬美元來維持這些探測(cè)器運(yùn)轉(zhuǎn)。

然而，μ介子探測(cè)計(jì)劃是否可行尚待檢驗(yàn)。因此，有關(guān)方面依然可能會(huì)認(rèn)為升級(jí)奧格天文臺(tái)并不值得，甚至就連這座天文臺(tái)本身也需要關(guān)閉。但克洛寧堅(jiān)持認(rèn)為，現(xiàn)在就放棄奧格天文臺(tái)為時(shí)尚早，因?yàn)檫@座天文臺(tái)的目的是探索，不進(jìn)行足夠的探索就不可能有太多收獲。阿根廷科學(xué)家則指出，放棄奧格天文臺(tái)將讓阿根廷失去一個(gè)大大提升該國(guó)科研能力的項(xiàng)目。更重要的是，阿根廷將因此失去一個(gè)激勵(lì)年輕人熱愛物理學(xué)的良好動(dòng)因。

小小的馬拉圭鎮(zhèn)現(xiàn)在擁有了第一所大學(xué)，奧格團(tuán)隊(duì)的科學(xué)家和工程師們定期為該校一、二年級(jí)的大學(xué)生講課。一名2012年入學(xué)的女生原本對(duì)數(shù)學(xué)感興趣，但在奧格天文臺(tái)了解到越來越多關(guān)于宇宙射線的知識(shí)后，她改學(xué)了物理。此外，迄今已有360人因?yàn)樵趭W格天文臺(tái)做研究工作而獲得博士學(xué)位，其中有許多是阿根廷學(xué)生。奧格天文臺(tái)的5個(gè)升級(jí)方案中，有兩個(gè)從設(shè)計(jì)到建造的所有方面都計(jì)劃在阿根廷完成?？偠灾?，奧格天文臺(tái)的建立為阿根廷培養(yǎng)了全新一代與國(guó)際頂尖物理學(xué)家接軌的科研人員，這在該天文臺(tái)建立之前是無法想象的。

阿根廷科學(xué)部指出，正因?yàn)閵W格天文臺(tái)，阿根廷才現(xiàn)身于全球科技地圖上。受此影響，歐洲空間局的“深空天線三號(hào)”射電拋物面天線安裝在了馬拉圭以南約30千米處，來支持歐空局“火星快車”“赫歇爾”“普朗克”等任務(wù)。目前，阿根廷與巴西聯(lián)手，正在阿根廷北部建造“大拉丁美洲毫米陣列”。如此看來，一旦奧格天文臺(tái)項(xiàng)目真的終止，對(duì)阿根廷的打擊將非常之大。對(duì)此，為奧格天文臺(tái)出資的大老板們會(huì)不會(huì)不屑一顧呢？

空氣簇射

空氣簇射是由法國(guó)人布魯諾·羅西在1934年發(fā)現(xiàn)的。他用彼此隔開的探測(cè)器觀測(cè)宇宙射線，發(fā)現(xiàn)許多粒子同時(shí)到達(dá)不同的探測(cè)器。這一現(xiàn)象現(xiàn)在被稱為“空氣簇射”。

實(shí)際上，空氣簇射是一個(gè)范圍很寬（許多千米寬）、由離子化粒子和電磁輻射組成的射束。當(dāng)初級(jí)宇宙射線（即來自于地球之外源頭的射線）進(jìn)入地球大氣層的時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)生這些粒子和輻射。射束是指入射粒子 ——可以是一個(gè)質(zhì)子、一個(gè)原子核、一個(gè)電子、一個(gè)光子或一個(gè)正電子（這種情況很少見）——撞擊空氣中的一個(gè)原子核，由此產(chǎn)生了許多高能強(qiáng)子。不穩(wěn)定的強(qiáng)子在空氣中迅速衰減成其他粒子和電磁輻射，成為簇射成分的一部分。包括X射線、μ介子、質(zhì)子、反質(zhì)子、阿爾法粒子、介子、電子、正電子和中微子在內(nèi)的次級(jí)輻射大量降落，即形成了簇射。

宇宙輻射劑量中的大部分來源于μ介子、中子和電子?；诘厍虼艌?chǎng)、高度和太陽周期，全球不同地區(qū)的宇宙射線劑量各不相同。飛機(jī)上的宇宙輻射劑量很高，機(jī)組人員所受到的輻射劑量遠(yuǎn)超過其他人。核電站的工作人員亦如此。如果飛行路線經(jīng)過兩級(jí)地區(qū)附近高空，輻射劑量則更高。

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