极目长空察“天机”

1912年，德国科学家韦克多·汉斯在进行升空试验中发现，电离室内的电流随海拔升高而变大，从而认定电流是来自地球以外的射线所产生的。随后，英、美、法、德等国科学家通过观测，也都发现了这种比X射线穿透性强得多的射线，它们像连绵细雨，从宇宙不停地向地球大气层辐射，并穿过大气层射到地球上。科学家们把这种来自宇宙的射线命名为宇宙线。

宇宙线实际上是一种来自宇宙空间的高能粒子流，20世纪初发现的许多基本粒子，都是首先在宇宙线的研究中发现的。对宇宙空间高能粒子和高能辐射的研究，是当代物理学和天文学研究的一个重要前沿领域。在这个领域中，有一位中国科学家成就卓著，他就是中国科学院数学物理学部院士、清华大学天体物理中心主任、中国科学院高能物理研究所粒子天体物理重点实验室学术委员会主任李惕碚。

作为中国在这一领域的代表之一，李惕碚曾主持中国科学院重点科研项目“宇宙线高能天体物理研究”（1987-1990）以及两项国家自然科学基金重点项目“天体高能过程的空间观测与研究”（1992-1995）和“天体高能辐射的物理过程”（1998-2001），担任过国家自然科学基金重大项目“太阳活动和宇宙活动天体的研究”（1988-1991）学术领导小组成员、子课题负责人，承担了多项重点科研项目的攻关任务，在国内创建了高能天体物理实验室并主持开展了高空气球运载的高能天文观测，提出了银河系伽马射线源的统计模型并获国际共识，建立了寻找超高能天体的计算公式，目前已成为国际学术界宇宙线和高能天体物理数据分析的一个标准方法，建立了对象重建的直接解调方法，获得日益广泛的应用，先后在国内外重要学术期刊发表论文数十篇。

受父亲影响，李惕碚选择实验核物理专业

李惕碚是湖南攸县人，他之所以走上充满艰辛和坎坷的科学研究之路，并在这条崎岖的“山路”上跋涉至今，在很大程度上是受了他父亲李乐元的影响。

李惕碚的父亲李乐元1932年从北平大学化学系毕业后，由中国科学社社长任鸿隽推荐，来到位于重庆北碚的中国西部科学院做研究员，先后担任理化所主任、中国西部博物馆馆长、西部科学院总干事兼代理院长，为20世纪三四十年代中国科学组织和科学普及工作做出了很大的贡献。

在山城重庆枇杷山脚下，矗立着一座3层的灰色建筑物，这就是重庆市博物馆。它的前身是西南人民科学馆，而西南人民科学馆的前身便是中国西部科学院和中国西部博物馆。抗战的烽火燃烧起来后，重庆成了大后方。为了让中国的科学家不致因战争而中断科学研究事业，当时重庆民生轮船公司总经理、著名的民族资本家卢作孚出资创建了中国西部科学院并亲任院长，吸引了一批化学、地质、生物等学科的著名科学家前去从事科学研究，使处于战火中的中国科研事业得以延续，作为总干事兼代理院长的李乐元，则全面担负了该院的科研组织与管理工作。后来，李乐元又筹资建设了中国西部自然博物馆。重庆解放初期，中国人民解放军的高级将领刘伯承、邓小平、贺龙等曾经走进这座博物馆。当他们看到馆内正在举办的“从猿到人”的人类进化史大型油画展览时，都很惊讶，他们没有想到在当时的中国竟会有唯物主义历史观如此鲜明、展品如此精美考究的自然科学展览。

李乐元对科学事业的热爱与追求，深深感染和熏陶了他的几个子女，其中尤以老三李惕碚最为突出。李惕碚读高中时，冷战使核物理研究风行一时，各个国家都在下大力气研究这一关系国家安全与国际地位的前沿科学。本来是化学家的李乐元，竟然也开始自学原子物理理论，通读了两卷本的《原子物理学》。他越学越感到这一学科太有趣也太重要了，因此对李惕碚说，你要能学好这一门科学，那就太好了，现在国家特别需要研究这一学科的人才。在父亲的影响下，李惕碚高中毕业以优异成绩考入清华大学时，毫不犹豫地选择了工程物理系实验核物理专业，从此开始了他长达40多年的物理研究，并做出了重要的贡献。

据李惕碚的弟弟李惕新回忆说，当年父亲坐在椅子上，手上夹着烟卷，只要提到三哥，双眼便格外光亮起来，父亲脸上的那种笑容呵，他实在没法形容。三哥每次从北京回到家，总是和父亲朋友般地长谈到深夜，内容涉及自然科学和社会科学。李惕新当时只恨自己年纪小，不能参与这个两代科学人的精神会餐。三哥渊博的科学知识总是让他感到惊讶。

茫茫宇宙探奥秘，极目长空察“天机”

1963年，李惕碚从清华大学工程物理系毕业后，分配到中国科学院原子能研究所（即今高能物理研究所的前身）工作。

为了有效和长期对宇宙射线进行观测，各国都相继建立了观测站。1954年，中科院在云南东川市海拔3200米的落雪山建造了第一个高山宇宙线实验室。李惕碚分配到中科院的第二年，便来到了这个实验设备先进、生活条件却相当艰苦的云南高山站，进行宇宙线观测与研究。在海拔3000多米的高山站，虽然高山反应可以通过慢慢的适应而逐渐减轻，但生活的艰苦却是无法改变的。所有的生活物资，都需要从山下运上来，极不容易，而一到冰雪封山的季节，这个现代化的观测站就孤零零地矗立在冰雪之中，工作人员只能靠储藏的食品维持生活。除了条件艰苦，最难受的还是生活的孤单与工作的枯燥。在高山站的工作人员，多的时候20多人，少的时候只有几个人，长年孤孤单单地住在高山上，面对那些冰冷的仪器设备，没有社交，缺乏朋友，这对于一个20多岁的小伙子来说，其寂寞难受不言而喻。而每天三班倒不停顿地进行宇宙线的观测，其枯燥乏味也是可想而知的。

但是，李惕碚对此却不以为苦，因为他喜欢自己的专业，热爱自己的事业。面对着茫茫宇宙，他为自己能够探测宇宙的奥秘、洞察宇宙的“天机”而感到极大的满足，在高山站坚持干了10多年，一直到高山站撤销，他才完全撤回北京的中科院原子能研究所。

李惕碚来到高山站的当年，便参加了当时世界上最大的云雾室的安装、调试工作，并利用云雾室进行了高山宇宙线电磁簇射的研究工作，随后在高山站的宇宙线研究工作中，取得了一系列重要成果，其中一项成果获得了1978年全国科学大会奖及中国科学院重大成果奖。

勇于创新，敢于挑战

1975年，欧洲发射了一颗伽马天文卫星COS—B，这颗天文卫星的发射，标志着国际高能天体物理研究进入了一个新阶段。20世纪70年代末，COS—B组宣布发现了包括一批强烈发射高能伽马源在内的宇宙伽马源表。

1981年7月，第17届国际宇宙线会议在法国巴黎举行。会上，一位中国科学家根据他的银河伽马射线产生模型和对COS-B数据的重新分析，向世界各国的同行们发表了他对COS-B组公布的宇宙伽马源表的看法：COS-B卫星探测到的一些银河伽马源并不是真正的分立源，而是弥散的星际分子云。因此，应将宇宙伽马源表中一半左右的源从表中删去。此话一出，四座皆惊。COS-B组的一位数据分析负责人当即对此提出质疑并与这位中国科学家激烈争论起来，使报告难以正常进行下去。然而，事隔数年，正是这个持激烈反对意见的COS—B组在后来举行的第21届国际宇宙线会议及其他国际会议上宣布：经过数年的观测和分析，证实了这位中国科学家的结论是正确的，并最终将一半伽马源从宇宙伽马源表中删去。随后，20世纪90年代，美国大型伽马天文卫星康普顿天文台CGRO的观测，也证实了该学者的模型及其结论的正确性。

这位中国科学家就是李惕碚。他提出的在数据处理中必须正确估计弥散背景的意见，现在已被普遍接受并在所有伽马天文卫星数据分析中被采用。

勇于创新，敢于挑战权威，这是李惕碚从事科研的最大特点。他的一些重要工作，开始都不被人接受，甚至受到许多人强烈的反对，经过10年左右的时间才能得到普遍承认。例如，20世纪60年代以来，超高能宇宙线探测和空间高能天体物理实验观测发展迅速，但对于实验观测数据的处理分析没有一个统一的方法。1969年，美国哈佛大学的一位学者提出相对斯然方法，它普遍地被国际宇宙线物理和高能天文界接受。1982年，李惕碚指出相对斯然法是错误的，它缺乏可靠的理论基础，对于实验观测结果可靠性的估计有严重的系统误差。李惕碚审查了包括相对斯然法在内的为宇宙线物理和高能天文工作采用过的各种分析方法，分别指出了它们的错误所在，并利用数理统计学的假设检验理论，推导出计算背景——对象模式实验观测结果显著性的新公式。李惕碚的同事马宇倩用蒙特卡罗模拟计算证实了公式的正确性。这一新方法1985年在美国召开的第19届国际宇宙线会议上引起热烈争论，并为此召开了伽马天文分析方法的专题讨论会。到20世纪80年代末，该方法被世界各国实验室广泛应用于宇宙线物理、X天文、伽马天文、高能谱线天文等学科的实验研究，用于高能和超高能天体的搜寻、伽马谱线的寻找、流强和背景估计等，被称为李——马公式、李——马统计量或李——马准则，成为估计宇宙线物理和高能天体物理实验结果统计可靠性和找寻超高能天体的标准分析方法。

让中国的“张衡天文台”尽早飞入太空，实现基础科学前沿的跨越式发展

20世纪60年代以前，中国没有自己的高能物理研究机构，中国的科学家要到苏联去做高能物理研究。为了能使中国自己的高能物理研究尽快起步，李惕碚与方守贤、何祚庥共同倡议建立高能物理研究所，开展前沿交叉学科宇宙线天体物理和空间高能天体物理研究。1976年6月，李惕碚起草的《关于筹建高能物理研究领导机构的建议》放在了当时主管国防科工工作的聂荣臻的案头。同年7月，聂荣臻批示，同意采纳李惕碚等人的建议，成立高能物理科研机构的筹建处。至此，我国高能物理研究才有了专门的机构与研究基地。李惕碚作为建议设立我国高能物理研究机构的发起人之一，以对科学高度负责的精神，为中国科研架构体系的完善尽了一个科学家的义务。

高能天体物理是一门重要的前沿交叉学科。1970年，美国发射X射线天文卫星“自由号”，实现了空间X射线巡天，开拓了人类探索宇宙的新窗口。1972年，在我国第一次高能物理工作会议上，李惕碚就做了“宇宙射线与天体物理”的报告，积极倡议开展宇宙线天体物理和空间高能天体物理研究。1977年，在没有专门的人造卫星进行研究的条件下，李惕碚根据学科发展需要和我国国情，倡议发展中国的高空科学气球系统，组建并领导高能天体物理实验室。李惕碚、顾逸东等科研人员经过10多年的努力，研制和发放成功亚洲最大的高空科学气球，开辟了北半球最长距离的长时间气球飞行路线，为我国多学科研究提供了重要的高空运输手段。

随后，李惕碚主持发展了球载硬X射线望远镜系列，于1984年首次实现了中国对天体高能辐射的空间观测，并于1991年研制成功世界上第一台球载大型复合型硬X射线望远镜HAPI-4。

在李惕碚的带领下，通过走适合国情的发展道路，使高能天体物理实验室集运载工具的研制与开发、探测系统研制、数据分析和物理研究于一体，形成了一支精干配套的空间科技队伍和技术支持系统，实现了气球工程与学科研究、实验探测与理论分析密切配合和相互促进，在技术和方法方面都有着重要的创新，为我国实测高能天体物理研究的进一步发展打下了良好的基础。

空间高能天体物理研究确实需要较好的设备、较好的条件，但李惕碚认为，这并不意味着设备、条件相对不足的中国，就不能搞出领先世界的成果。他及时抓住学科发展的机遇，在实验技术和科学思想创新的基础上，努力开辟适合中国国情的科学研究与发展道路。

早在20世纪80年代，李惕碚就敏锐地抓住国际空间高能天文数据走向开放的趋势，倡议并组织建设高能天体物理数据库及其分析系统，发展新的分析技术，在独到的物理思想指导下，从国外开放的数据中取得新发现。迄今已建成国内最完全的空间高能天体物理数据库，形成分析队伍，并在数据分析工作中取得了重要成果，出版了专著《实验的数学处理》（该著作获1977～1981年全国优秀科技图书奖）。

在高能天体物理研究中，硬X射线由于成像技术困难，人类一直未能实现硬X射线的成像巡天。20世纪90年代初，李惕碚和他的同事吴枚研究创立了图像重建的直接调解方法，此方法比传统技术能更充分利用信息和有效地抑制噪声，显著提高了低信噪比、低统计和低分辨数据成像的灵敏度和分辨能力，可以克服硬X射线成像的困难。为推进硬X射线成像巡天等天体物理研究,李惕碚领衔国家（973）基础科学前沿项目“天体高能辐射的空间观测与研究”，并担任该项目首席科学家，该项目获得中国科学院知识创新工程项目的支持。该项目将建造一台世界最高灵敏度和最高分辨本领的硬X射线调制望远镜HXMT,实现人类历史上首次硬X射线成像巡天和对活动星系核、黑洞双星等高能天体的高灵敏度定向观测，发现了一批新天体和天体高能辐射新现象，推进了人类对天体极端物理条件下高能过程的了解。正是由于该方法和项目的创新性及重要性，在其提出的10年后已得到国际学术界的普遍承认与高度重视。

2002年7月，为了培训新世纪空间科学的骨干人才，欧洲空间局等国际组织在意大利举办空间科学暑期讲习班，邀请李惕碚担任教员讲授“直接解调方法”。同年，李惕碚还应邀在国际天文学联合会天体物理中的高能过程和高能现象会议、环太平洋区域恒星天体物理会议等国际会议上作了该项目的报告，得到国内外学者的高度评价。

2003年初，著名核物理学家、中国科学院资深院士何泽慧写信给有关领导，指出“在科学发展的历史上，由于研究方法的原始性创新而开拓新领域的机会是不多的，需要及时抓住……我们不能依赖外国人的评价来实现跨越”，她强烈呼吁尽快启动HXMT卫星的立项工作。

李惕碚给这颗正在筹划中的卫星起名为“张衡天文台”。李惕碚说：20年前，美国人发射了用于宇宙X射线成像的天文卫星“爱因斯坦天文台”；7年前，德国人发射了同样用途的“伦琴天文台”；现在，他期望尽快让中国的“张衡天文台”飞入太空。