自从奥格尔发现了广延空气簇射时起，科学家们就在世界各地的一些荒凉不毛之地建造了越来越大的探测器阵列。但直到20世纪60年代初，还没有专门为探索能量超过1017eV的最高能粒子的起源建造足够大的阵列。麻省技术研究所罗西（Bruno Benedetto Rossi，1905-1993）研究组，在用闪烁探测器测量空气簇射的技术上作出重要贡献。
林斯利（John Linsley，1925-2002）（左图）领导的研究组在新墨西哥州遥远的火山牧场区（Volcano Ranch）建造和操作着这个新的阵列。第一套巨型阵列由19台探测器组成，每台的面积是33平方米，分布在8平方公里面积的地面上。火山牧场阵列运行了3年，搜集到能量高于1018eV的簇射1000次，为有关知识基础作出了基本贡献。
林斯利通过他的阵列还获得了一项和各向同性结果同样重要，但更激动人心的发现。1962年的一天有个特别的空气簇射降临到阵列上，广阔分布的探测器探测到很大数量的簇射粒子。一般典型的簇射只有四五个探测器记录下粒子通过，而这个特别的簇射有15个探测器作出记录，粒子数比通常的簇射多得多。详细分析之后得出的结论是，这次簇射是由一个能量超过1020eV的宇宙射线粒子激发出来的，它是那时观测到的具有最高能量的粒子，它比用奥格尔的先驱空气簇射实验探测到的粒子的能量大100,000倍。这个结果发表在《物理学评论通讯》(1963年)上，引起了广泛的关注。这个宇宙射线粒子的奇异本性于3年之后，其重大意义显得更加突出。人们认识到，这样巨大能量的宇宙射线将同大爆炸火球遗留下来的冷却辐射发生强烈的相互作用。
建在东京以西200公里明野（Akeno）地区的巨型空气簇射阵列AGASA （Akeno Giant Air Shower Array）（右图）由小到大，面积从1984年的1平方公里至20平方公里，到1991年的100平方公里，观测站在视野和重要性方面也由小变大。100平方公里的巨型阵列使用了111个塑料闪烁探测器，用来测量到达地面的空气簇射，天顶角(zenith angle)约涵盖至45度。另外还有27个混凝土覆盖着的附加探测器，为测量簇射产生的贯穿力很强的μ子成分而建造。每个探测器都用光纤与中心数据收集站连结起来。
当宇宙射线粒子穿过空间时，会同充满整个宇宙的低能质子相碰撞，从而损失能量。按照爱因斯坦的狭义相对论，来自银河系以外、到达地球的宇宙射线，将遇到如此之多的减能碰撞，以至于它们最大可能的能量为5×1019电子伏，这个数值被称为GZK极限。1994年，AGASA和俄罗斯西伯利亚东部的雅库次克研究小组分别报告探测到了 2 x 1020 电子伏特的宇宙射线。这一能量超过费米国家加速器实验室Tevatron加速器可以加速的质子能量的1亿倍。
1995-2005年，AGASA多次探测到超过GZK极限的宇宙射线。理论上它们仅能来自银河系，但天文学家在银河系却未曾发现这种宇宙射线源。一种可能是AGASA的测量结果有误，另一种可能性则是狭义相对论错了。
一个庞大的国际合作项目Auger Project将取代AGASA的地位，它将分别于南美洲的阿根廷及北美洲的美国犹他州各建立一个面积约5000平方公里的地面阵列，并将在阵列中加入数个类似HiRes的荧光探测器。Auger试图以混合地面阵列与大气荧光两种探测器的方式，了解两种探测器的差异，互相校正能量定标，解决AGASA与Fly's Eye的冲突。HiRes与SLAC(Standard Linear Accelerator Center)现正联手研究空气在不同气压、成份下的荧光效率，对HiRes能量定标的问题会有很大的帮助。
中国科学家在宇宙线观测领域取得了许多重要成果。上个世纪50年代初，何泽慧等人研制出作为宇宙射线测量器的核乳胶，使中国成为当时世界上少数几个能生产核乳胶的国家之一。
1954年，在海拔3200米的云南落雪山建造了中国第一个高山宇宙线实验室——云南东川站，至1957年，搜集到700多个奇异粒子事例。1958～1965年，设计制造了大云雾室。1972年在这套装置上发现了一个质量约为质子质量10倍的可能是重粒子的事例。
1977年在西藏甘巴拉山5500米高度处建立了世界上最高的高山乳胶室，设立了大规模的乳胶室阵列（左图）。
1995年高能所和北京天文台合作在海拔960米的北京兴隆观测站（右图）建有两套甚高能γ-射线望远镜。每套由三个口径1.5米的聚光镜同轴组成，每个聚光镜的焦面上有一个光电倍增管，用以探测切伦科夫辐射而间接探测γ-射线源。
海拔4300米的西藏羊八井宇宙线观测站1989年开始建设，1990年正式建成。它是北半球最高，也是当今世界上有效常年观测站中海拔最高、最有活力和前景的一个宇宙线观测站。它是北半球最高，也是当今世界上有效常年观测站中海拔最高、最有活力和前景的一个宇宙线观测站。它是北半球最高，也是当今世界上有效常年观测站中海拔最高、最有活力和前景的一个宇宙线观测站。它是北半球最高，也是当今世界上有效常年观测站中海拔最高、最有活力和前景的一个宇宙线观测站。它是北半球最高，也是当今世界上有效常年观测站中海拔最高、最有活力和前景的一个宇宙线观测站。中日合作建设了广延大气簇射阵列（下图），并不断扩展。1998年起开展中意合作，建设全覆盖阻性板探测器（右图）。
日本乘鞍山宇宙线观测站（Norikura Observatory）建于1953年，海拔2770米，1976年起属于日本东京大学宇宙线研究所（ICRR）。
1995年，开始了建立新天文台的皮埃尔.奥格计划（左图），该天文台以1938年首次观测到“持续空气簇射”的法国物理学家皮埃尔·奥格命名，是世界最大宇宙射线天文台，由美国费米国家加速器实验室科学家管理，建在阿根廷的马拉圭地区。参与计划的250名科学家来自十多个国家。
该探测阵列由间隔为1.5公里的探测器、太阳能电池板和无线传输数据的天线组成，最终将建成1600个地面探测器，每一个都装了12吨水（下图），总占地3000平方公里。而头100个探测器观测和调查地球的南部天空。巨大的阵列将探测大量的甚高能宇宙线，追踪高能宇宙线源，了解宇宙的起源和演变。
2003年10月，第100个地面探测器安装完毕后，这个世界最大的宇宙射线簇射装置开始投入运行，这将有助于揭示整个宇宙最令人困惑的谜题——超高能地外基本粒子的起源之谜。超高能宇宙射线是极为少见的。在两平方公里内，每年只有一次高能宇宙射线撞击地球大气。
该天文台发言人、英国利兹大学物理学教授沃森说：“宇宙如何产生将微小粒子加速到这么高能量的条件，通过跟踪这些超高能粒子找到其起源，将能回答上述问题。”科学理论能解释低能和中能宇宙射线，但这种少见的高能宇宙射线仍是一个不解之谜。与沃森一起提出建造皮埃尔·奥格天文台的诺贝尔奖获得者克罗宁说：“这些高能宇宙射线是宇宙极端事件的‘使者’，对它们的观测极有可能取得多项重大发现。”
每天都有大量能量较低的宇宙射线像暴雨一样倾泻在地球上，而一条1020电子伏的超高能宇宙射线能导致10到20平方公里范围内1000亿个粒子的“雪崩”，只是这种异常高能的宇宙粒子非常稀少，在一块足球场大的区域里，平均每一百年只能接收到一个。科学家在方圆3000平方公里的区域里建造数以百计的探测器，是希望每年能够观察到50个左右的超高能宇宙粒子。阿根廷的马拉圭地区人烟稀少，空气清洁，海拔较高，是设置探测器的理想场所。
研究超高能宇宙粒子除了有助于解答物理学和宇宙学的一些重大基础问题外，还可能促进新型能源的诞生。电子的发现曾对催生电力工业起到至关重要的作用，超高能宇宙粒子的强大能量也有可能为人类造福。
20世纪60年代，澳大利亚科学家在新南威尔士州纳拉伯瑞（Narrabri）附近的皮利加（Pilliga）国家森林，建造了悉尼大学巨空气簇射记录器SUGAR（Sydney University Giant Air Shower Recorder）阵列宇宙射线观测台，地面覆盖面积100平方公里。由麦克库斯克尔（Brian McCusker）及其同事们建造的。SUGAR阵列中的54个站每一个由埋在土壤下2米深处的两个闪烁探测器构成。因为埋在地下，所以探测器对空气簇射中的贯穿成分μ子较敏感。这就意味着，阵列整体对数量较多而兴趣较小的低能宇宙射线所产生的空气簇射并不敏感。
以往的阵列都采用电缆把每个探测器连结起来通向中心数据收集站。在皮利加国家森林的复杂地形上，采用这种办法通过遥远的距离很不实际。悉尼科学家利用精巧的电子技术，把54台探测器的数据都适时录在磁带记录器上，通过来自中心站的无线电信号使每个探测站的时钟都保持同步。SUGAR阵列通过精确测量簇射到达广泛分布在各站的探测器的时间，来测定簇射的到达方向，各站时钟的同步精度必须优于一亿分之五秒，这在当时是巨大的技术挑战。SUGAR从1968年起完整地积累了11年的测量数据，它是在南半球建成的具有观测研究能量高于1017eV宇宙射线能力的惟一阵列。在它的成果中，留下了一个关于大麦哲伦云中宇宙射线源的诱人信息。
SUGAR阵列附近建有若干个天文台，其中包括英澳望远镜天文台以及澳大利亚望远镜的前身天文台等。
