2025年10月12日， 在中国风浪翻涌的东海之上，一座名为“同济·海一号”的多圈层综合观测塔如同一位孤独的哨兵，在风浪中屹立。塔顶平台上，中国海洋大学和山东大学的科学家，正耐心地进行一台仪器的最后安装与校准。这台被命名为“缪子望远镜”的设备，成功地睁开了它的“眼睛”。

它凝视的，并非遥远的星辰，而是头顶这片看似空无一物的天空。它的工作是捕捉大气中产生的、永不停歇的“缪子雨”，并利用这场“雨”去观测地球上最狂暴的海洋- 大气现象之一——台风，做实时的“透视”。这标志着我国首次将基础粒子物理学的探测方法应用于海洋与大气科学领域，为海上台风观测提供一种新的路径与技术手段。

目前，它的核心任务是进行“背景场”的标定，即在没有台风的晴朗天气下，持续不断地记录来自宇宙的“缪子雨”。这个过程，如同人们在进行胸透扫描前，先对扫描仪进行精密的校准，以获取一张相对清晰的“背景底片”。只有拥有了这张“晴天”参照图，当未来台风经过时，科学家们才能从信号的变化中，描绘出风暴内部的密度阴影。

缪子：一位“不请自来”的宇宙“信使”

【知识卡片：缪子，并非“幽灵粒子”】提到“穿透力”，很多读者可能会联想到大名鼎鼎的“幽灵粒子”—中微子。但是缪子和中微子是两种完全不同的基本粒子。中微子不带电，质量极小，几乎不与任何物质发生相互作用，可以轻松穿过整个地球而几乎不被阻挡；而缪子则带一个电荷，其穿透过程会产生电离能损，能量会逐渐衰减和损耗。正是这种一定“会被物质阻挡”的特性，才使得缪子能够像X 光一样，被用来为台风等巨大物体进行“透视”成像。

要理解这种全新的观测技术，首先需要认识这场革命的“主角”——缪子（μ）。它并非人类制造的粒子，而是来自宇宙的高能射线。我们的地球，每时每刻都在被一种来自宇宙深处的高能粒子流所轰击。当这些以接近光速飞行的粒子（主要是质子）撞击地球大气层顶端的氮、氧等原子核时，会引发一连串剧烈的核反应，如同一颗高能子弹击中水晶球，瞬间引发爆裂并产生大量的次级粒子碎片。缪子，正是这场“宇宙烟火” 中产生的穿透力最强的“弹片”之一。作为电子的“胖亲戚”， 缪子的质量约为电子的207 倍， 与其他物质的相互作用极为微弱， 这赋予了它极强的穿透能力， 能轻易穿过云层、穿过钢筋混凝土建筑， 甚至能穿透数千米厚的山脉岩体。假设一个成年人站在海平面上，他的身体平均每秒钟就会被数十个缪子悄无声息地穿过。

“ 缪子雨” 还有一个重要的特性： 在宏观尺度上， 它的“ 降雨量” 极其稳定和均匀。在没有特殊遮挡的情况下， 地球表面的任何一个地方， 单位时间内接收到的缪子数量都有一个基本恒定、已经被精确测量的“本底值”。正是这种“天然、稳定、均匀” 的特性， 让缪子从一种纯粹的粒子物理学研究对象， 摇身一变， 成为了一根可以用来“测量”和“透视”巨大物体的“探针”。

跨界“破案”：从透视金字塔到解剖风暴

缪子成像本身已经是一项成熟的技术。此前，世界各地的粒子物理学家已经利用它完成了许多科研工作。2017年，“扫描金字塔”国际合作项目，正是利用放置在胡夫金字塔内部的缪子探测器，通过长达数月的宇宙射线扫描，成功在金字塔内部发现了一个此前未曾发现的、长度超过30 米的巨大中空结构，震惊了考古学界。同样，在日本，科学家们将缪子探测器部署在火山周围，通过实时监测火山内部岩浆通道的密度变化，为火山喷发的预警提供了全新手段。这些成功的应用，都证明了缪子成像在“透视”静态、固态的巨大物体方面的强大应用潜力。

然而，将这项技术应用于台风这种高速移动、内部结构瞬息万变、处于恶劣海洋环境中的动态天气系统，则是一次最前沿的跨学科挑战。这需要粒子物理学家设计出更稳定、更具有耐候性的探测器。

台风，本质上是一个巨大的、旋转的、密度极不均匀的“湿空气团”，其内部充满了水汽、液态水滴，甚至冰晶，这些不同相态的水共同决定了台风不同区域的密度差异。当“缪子雨”穿过这个巨大的“湿空气团”时，穿过台风眼（空气干燥下沉，密度低）的缪子被吸收得少，到达望远镜的数量就会偏多；而穿过螺旋雨带（充满了密集的水汽和雨滴，密度相对较高）的缪子被吸收得多，到达望远镜的数量就会显著减少。通过将实时数据与预先测定的“本底值”进行对比，即可观测到台风的“密度结构图”。

东海前哨：一次历史性的“握手”

将这一构想从理论推向现实，需要攻克一系列工程技术难题，更需要一个能够直面台风的前哨阵地。由中国海洋大学田纪伟教授和山东大学祝成光教授带领的联合团队，经过多年攻关，最终设计研制出了这台专门用于台风观测的缪子望远镜。而将它部署到真实海洋环境的关键一步，则是在“同济·海一号”东海多圈层综合观测塔上完成的。

东海是全球台风最活跃的海区之一， 平均每年有7、8个台风影响或登陆我国。这座由同济大学倡导建立的观测塔，如同一座屹立在风暴前哨的科学堡垒，为进行长期、多学科的海洋观测提供了可靠而全面的平台。正如文章开头所说，科研团队在塔上成功完成了国内首套样机的安装部署。当设备启动后，第一批稳定的缪子计数信号实时回传到陆地实验室，开始正式记录东海区域的“背景缪子雨”。

回传情况中， 看似复杂的“ 热图”，正是缪子望远镜传回的第一份报告，也是它未来能够透视台风的关键“ 底片”。我们可以把它想象成一张以望远镜为中心，描绘天空不同方向宇宙射线亮度强度的指示图。图中最亮的黄色区域，就代表着从那个方向飞来的缪子数量最多、信号最强。

在这张图上，出现了两个遥遥相对的亮斑，一个在φ为270°的正西方，一个在φ为90°的正东方，像是夜空中的“双子星”。这不是两个独立的宇宙信号， 而是因为这台望远镜的一个巧妙设计—它如同一个拥有“ 前后眼” 的昆虫， 可以同时记录来自前方和后方两个方向的缪子。这两个亮斑来自同一场“ 宇宙缪子雨”，它们被望远镜的正反两个探测面同时捕捉并描绘出来。这张图的成功获取，证明望远镜的“ 双眼” 工作正常， 已经为之后捕捉台风的内部结构，做好了最关键的准备。

粒子物理学走进生活

缪子望远镜在台风观测上的应用与探索，其意义远不止于提供一种新的气象观测工具。它是一次深刻的学科跨界交叉融合。它让我们了解到，那些科学家在大型对撞机中苦苦追寻的、看似与我们生活毫不相干的基本粒子，其实每时每刻都在以意想不到的方式，参与并塑造着我们的世界。

这种“跨界”的智慧，正在开启一个全新的科学时代。粒子物理学家们正越来越多地将他们的目光，从遥远的星系和微观的粒子内部，转向我们脚下的这颗星球。他们可以利用中微子的超强穿透力，来“透视”整个地球的内核，以进一步解开地球内部的物质组成之谜。他们早已利用放射性同位素（如碳-14）的衰变规律，来精确地为古生物化石和考古遗迹进行“断代”检测，为我们勾勒地球的生命史。他们甚至将高能物理实验中发展出的粒子加速器技术，应用于医学领域，开发出能够精准“点射”癌细胞的质子/重离子治疗技术。

从仰望星空的好奇，到利用来自宇宙深处的“信使”，来守护我们脚下的这片土地和海洋—这或许就是基础科学最浪漫、最深刻的地方。这项台风缪子成像技术的研发，正是这一科学精神的生动写照。

（作者单位：中国海洋大学海洋与大气学院，山东大学前沿交叉科学青岛研究院）

【责任编辑】龚婷