自從奧格爾發(fā)現(xiàn)了廣延空氣簇射時起，科學(xué)家們就在世界各地的一些荒涼不毛之地建造了越來越大的探測器陣列。但直到20世紀60年代初，還沒有專門為探索能量超過1017eV的最高能粒子的起源建造足夠大的陣列。麻省技術(shù)研究所羅西（Bruno Benedetto Rossi，1905-1993）研究組，在用閃爍探測器測量空氣簇射的技術(shù)上作出重要貢獻。
林斯利（John Linsley，1925-2002）（左圖）領(lǐng)導(dǎo)的研究組在新墨西哥州遙遠的火山牧場區(qū)（Volcano Ranch）建造和操作著這個新的陣列。第一套巨型陣列由19臺探測器組成，每臺的面積是33平方米，分布在8平方公里面積的地面上?；鹕侥翀鲫嚵羞\行了3年，搜集到能量高于1018eV的簇射1000次，為有關(guān)知識基礎(chǔ)作出了基本貢獻。
林斯利通過他的陣列還獲得了一項和各向同性結(jié)果同樣重要，但更激動人心的發(fā)現(xiàn)。1962年的一天有個特別的空氣簇射降臨到陣列上，廣闊分布的探測器探測到很大數(shù)量的簇射粒子。一般典型的簇射只有四五個探測器記錄下粒子通過，而這個特別的簇射有15個探測器作出記錄，粒子數(shù)比通常的簇射多得多。詳細分析之后得出的結(jié)論是，這次簇射是由一個能量超過1020eV的宇宙射線粒子激發(fā)出來的，它是那時觀測到的具有最高能量的粒子，它比用奧格爾的先驅(qū)空氣簇射實驗探測到的粒子的能量大100,000倍。這個結(jié)果發(fā)表在《物理學(xué)評論通訊》(1963年)上，引起了廣泛的關(guān)注。這個宇宙射線粒子的奇異本性于3年之后，其重大意義顯得更加突出。人們認識到，這樣巨大能量的宇宙射線將同大爆炸火球遺留下來的冷卻輻射發(fā)生強烈的相互作用。
建在東京以西200公里明野（Akeno）地區(qū)的巨型空氣簇射陣列AGASA （Akeno Giant Air Shower Array）（右圖）由小到大，面積從1984年的1平方公里至20平方公里，到1991年的100平方公里，觀測站在視野和重要性方面也由小變大。100平方公里的巨型陣列使用了111個塑料閃爍探測器，用來測量到達地面的空氣簇射，天頂角(zenith angle)約涵蓋至45度。另外還有27個混凝土覆蓋著的附加探測器，為測量簇射產(chǎn)生的貫穿力很強的μ子成分而建造。每個探測器都用光纖與中心數(shù)據(jù)收集站連結(jié)起來。
當宇宙射線粒子穿過空間時，會同充滿整個宇宙的低能質(zhì)子相碰撞，從而損失能量。按照愛因斯坦的狹義相對論，來自銀河系以外、到達地球的宇宙射線，將遇到如此之多的減能碰撞，以至于它們最大可能的能量為5×1019電子伏，這個數(shù)值被稱為GZK極限。1994年，AGASA和俄羅斯西伯利亞東部的雅庫次克研究小組分別報告探測到了 2 x 1020 電子伏特的宇宙射線。這一能量超過費米國家加速器實驗室Tevatron加速器可以加速的質(zhì)子能量的1億倍。
1995-2005年，AGASA多次探測到超過GZK極限的宇宙射線。理論上它們僅能來自銀河系，但天文學(xué)家在銀河系卻未曾發(fā)現(xiàn)這種宇宙射線源。一種可能是AGASA的測量結(jié)果有誤，另一種可能性則是狹義相對論錯了。
一個龐大的國際合作項目Auger Project將取代AGASA的地位，它將分別于南美洲的阿根廷及北美洲的美國猶他州各建立一個面積約5000平方公里的地面陣列，并將在陣列中加入數(shù)個類似HiRes的熒光探測器。Auger試圖以混合地面陣列與大氣熒光兩種探測器的方式，了解兩種探測器的差異，互相校正能量定標，解決AGASA與Fly's Eye的沖突。HiRes與SLAC(Standard Linear Accelerator Center)現(xiàn)正聯(lián)手研究空氣在不同氣壓、成份下的熒光效率，對HiRes能量定標的問題會有很大的幫助。
中國科學(xué)家在宇宙線觀測領(lǐng)域取得了許多重要成果。上個世紀50年代初，何澤慧等人研制出作為宇宙射線測量器的核乳膠，使中國成為當時世界上少數(shù)幾個能生產(chǎn)核乳膠的國家之一。
1954年，在海拔3200米的云南落雪山建造了中國第一個高山宇宙線實驗室——云南東川站，至1957年，搜集到700多個奇異粒子事例。1958～1965年，設(shè)計制造了大云霧室。1972年在這套裝置上發(fā)現(xiàn)了一個質(zhì)量約為質(zhì)子質(zhì)量10倍的可能是重粒子的事例。
1977年在西藏甘巴拉山5500米高度處建立了世界上最高的高山乳膠室，設(shè)立了大規(guī)模的乳膠室陣列（左圖）。
1995年高能所和北京天文臺合作在海拔960米的北京興隆觀測站（右圖）建有兩套甚高能γ-射線望遠鏡。每套由三個口徑1.5米的聚光鏡同軸組成，每個聚光鏡的焦面上有一個光電倍增管，用以探測切倫科夫輻射而間接探測γ-射線源。
海拔4300米的西藏羊八井宇宙線觀測站1989年開始建設(shè)，1990年正式建成。它是北半球最高，也是當今世界上有效常年觀測站中海拔最高、最有活力和前景的一個宇宙線觀測站。它是北半球最高，也是當今世界上有效常年觀測站中海拔最高、最有活力和前景的一個宇宙線觀測站。它是北半球最高，也是當今世界上有效常年觀測站中海拔最高、最有活力和前景的一個宇宙線觀測站。它是北半球最高，也是當今世界上有效常年觀測站中海拔最高、最有活力和前景的一個宇宙線觀測站。它是北半球最高，也是當今世界上有效常年觀測站中海拔最高、最有活力和前景的一個宇宙線觀測站。中日合作建設(shè)了廣延大氣簇射陣列（下圖），并不斷擴展。1998年起開展中意合作，建設(shè)全覆蓋阻性板探測器（右圖）。
日本乘鞍山宇宙線觀測站（Norikura Observatory）建于1953年，海拔2770米，1976年起屬于日本東京大學(xué)宇宙線研究所（ICRR）。
1995年，開始了建立新天文臺的皮埃爾.奧格計劃（左圖），該天文臺以1938年首次觀測到“持續(xù)空氣簇射”的法國物理學(xué)家皮埃爾·奧格命名，是世界最大宇宙射線天文臺，由美國費米國家加速器實驗室科學(xué)家管理，建在阿根廷的馬拉圭地區(qū)。參與計劃的250名科學(xué)家來自十多個國家。
該探測陣列由間隔為1.5公里的探測器、太陽能電池板和無線傳輸數(shù)據(jù)的天線組成，最終將建成1600個地面探測器，每一個都裝了12噸水（下圖），總占地3000平方公里。而頭100個探測器觀測和調(diào)查地球的南部天空。巨大的陣列將探測大量的甚高能宇宙線，追蹤高能宇宙線源，了解宇宙的起源和演變。
2003年10月，第100個地面探測器安裝完畢后，這個世界最大的宇宙射線簇射裝置開始投入運行，這將有助于揭示整個宇宙最令人困惑的謎題——超高能地外基本粒子的起源之謎。超高能宇宙射線是極為少見的。在兩平方公里內(nèi)，每年只有一次高能宇宙射線撞擊地球大氣。
該天文臺發(fā)言人、英國利茲大學(xué)物理學(xué)教授沃森說：“宇宙如何產(chǎn)生將微小粒子加速到這么高能量的條件，通過跟蹤這些超高能粒子找到其起源，將能回答上述問題。”科學(xué)理論能解釋低能和中能宇宙射線，但這種少見的高能宇宙射線仍是一個不解之謎。與沃森一起提出建造皮埃爾·奧格天文臺的諾貝爾獎獲得者克羅寧說：“這些高能宇宙射線是宇宙極端事件的‘使者’，對它們的觀測極有可能取得多項重大發(fā)現(xiàn)。”
每天都有大量能量較低的宇宙射線像暴雨一樣傾瀉在地球上，而一條1020電子伏的超高能宇宙射線能導(dǎo)致10到20平方公里范圍內(nèi)1000億個粒子的“雪崩”，只是這種異常高能的宇宙粒子非常稀少，在一塊足球場大的區(qū)域里，平均每一百年只能接收到一個?？茖W(xué)家在方圓3000平方公里的區(qū)域里建造數(shù)以百計的探測器，是希望每年能夠觀察到50個左右的超高能宇宙粒子。阿根廷的馬拉圭地區(qū)人煙稀少，空氣清潔，海拔較高，是設(shè)置探測器的理想場所。
研究超高能宇宙粒子除了有助于解答物理學(xué)和宇宙學(xué)的一些重大基礎(chǔ)問題外，還可能促進新型能源的誕生。電子的發(fā)現(xiàn)曾對催生電力工業(yè)起到至關(guān)重要的作用，超高能宇宙粒子的強大能量也有可能為人類造福。
20世紀60年代，澳大利亞科學(xué)家在新南威爾士州納拉伯瑞（Narrabri）附近的皮利加（Pilliga）國家森林，建造了悉尼大學(xué)巨空氣簇射記錄器SUGAR（Sydney University Giant Air Shower Recorder）陣列宇宙射線觀測臺，地面覆蓋面積100平方公里。由麥克庫斯克爾（Brian McCusker）及其同事們建造的。SUGAR陣列中的54個站每一個由埋在土壤下2米深處的兩個閃爍探測器構(gòu)成。因為埋在地下，所以探測器對空氣簇射中的貫穿成分μ子較敏感。這就意味著，陣列整體對數(shù)量較多而興趣較小的低能宇宙射線所產(chǎn)生的空氣簇射并不敏感。
以往的陣列都采用電纜把每個探測器連結(jié)起來通向中心數(shù)據(jù)收集站。在皮利加國家森林的復(fù)雜地形上，采用這種辦法通過遙遠的距離很不實際。悉尼科學(xué)家利用精巧的電子技術(shù)，把54臺探測器的數(shù)據(jù)都適時錄在磁帶記錄器上，通過來自中心站的無線電信號使每個探測站的時鐘都保持同步。SUGAR陣列通過精確測量簇射到達廣泛分布在各站的探測器的時間，來測定簇射的到達方向，各站時鐘的同步精度必須優(yōu)于一億分之五秒，這在當時是巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)。SUGAR從1968年起完整地積累了11年的測量數(shù)據(jù)，它是在南半球建成的具有觀測研究能量高于1017eV宇宙射線能力的惟一陣列。在它的成果中，留下了一個關(guān)于大麥哲倫云中宇宙射線源的誘人信息。
SUGAR陣列附近建有若干個天文臺，其中包括英澳望遠鏡天文臺以及澳大利亞望遠鏡的前身天文臺等。
