宇宙射线听起来像是来自外层空间的某种科幻威胁。事实证明，在足够高的数量下，它们是。另一方面，宇宙射线每天都会穿过我们而不会造成太大的伤害。那么，这些神秘的宇宙能量是什么呢？

定义宇宙线

“宇宙射线”一词是指在宇宙中传播的高速粒子。到处都是。宇宙射线很有可能在某个时候穿过每个人的身体，特别是当它们生活在高海拔地区或乘坐飞机时。地球受到了很好的保护，除了最强烈的这些射线外，其他射线都不会对我们的日常生活造成威胁。

宇宙射线为宇宙中其他地方的物体和事件提供了令人着迷的线索，例如大质量恒星的死亡（称为超新星爆炸）和太阳活动，因此天文学家使用高空气球和天基仪器对其进行研究。这项研究为宇宙中恒星和星系的起源和演化提供了令人兴奋的新见解。

什么是宇宙射线(cosmic rays)？

宇宙线是以接近光速运动的高能带电粒子（通常是质子）。一些来自太阳（以太阳高能粒子的形式），而另一些来自超新星爆炸和星际（和星系间）空间的其他高能事件。当宇宙射线与地球大气层碰撞时，它们会产生所谓的“次级粒子”阵雨。

宇宙线研究史

一个多世纪以来，人们就知道宇宙射线的存在。物理学家维克多·赫斯首先发现了它们。1912年，他在气象气球上发射了高精度静电计，以测量地球大气层上层原子的电离率（即原子通电的速度和频率）。他发现，在大气中上升的高度越高，电离率就越高，这一发现后来获得了诺贝尔奖。

这与传统智慧背道而驰。他对如何解释这一现象的第一直觉是某种太阳现象产生了这种效应。然而，在日食期间重复他的实验后，他获得了相同的结果，有效地排除了任何太阳起源，因此，他得出结论，大气中一定有某种固有电场产生了观测到的电离，尽管他无法推断出场的来源。

十多年后，物理学家罗伯特·密立根（Robert Millikan）才能够证明赫斯观测到的大气电场是光子和电子的通量。他称这种现象为“宇宙射线”，它们在我们的大气层中流动。他还确定这些粒子不是来自地球或近地环境，而是来自深空。下一个挑战是找出哪些进程或对象可以创建它们。

正在进行的宇宙线性质研究

从那时起，科学家们继续使用高速飞行的气球飞越大气层，并对更多的高速粒子进行取样。南极的安塔提卡上方区域是一个受欢迎的发射点，许多任务收集了更多关于宇宙射线的信息。在那里，国家科学气球设施每年都有几次满载仪器的飞行。他们携带的“宇宙射线计数器”测量宇宙射线的能量，以及它们的方向和强度。

国际空间站还包含研究宇宙线性质的仪器，包括宇宙线能量学和质量（CREAM）实验。它安装于2017年，为期三年的任务是收集尽可能多的关于这些快速移动粒子的数据。奶油实际上是从一个气球实验开始的，它在2004年到2016年间飞行了七次。

找出宇宙射线的来源

因为宇宙线是由带电粒子组成的，它们的路径可以被它所接触的任何磁场所改变。当然，像恒星和行星这样的物体有磁场，但星际磁场也存在。这使得预测磁场的位置（以及强度）极为困难。由于这些磁场在整个空间都存在，所以它们出现在各个方向。因此，毫不奇怪，从我们地球上的有利位置来看，宇宙射线似乎不是从太空中的任何一个点到达的。

多年来，确定宇宙射线的来源被证明是困难的。然而，有一些假设是可以假设的。首先，宇宙线作为超高能带电粒子的性质意味着它们是由相当强大的活动产生的。因此，像超新星或黑洞周围区域这样的事件似乎是可能的候选事件。太阳以高能粒子的形式发出类似宇宙射线的东西。

1949年，物理学家恩里科·费米（Enrico Fermi）提出宇宙线只是星际气体云中磁场加速的粒子。而且，由于你需要一个相当大的场来产生最高能量的宇宙射线，科学家们开始将超新星遗迹（以及太空中的其他大型物体）视为可能的来源。

2008年6月，美国宇航局发射了一台名为费米的伽马射线望远镜——以恩里科·费米命名。费米望远镜是伽马射线望远镜，其主要科学目标之一是确定宇宙射线的起源。再加上气球和太空仪器对宇宙射线的其他研究，天文学家现在将超新星遗迹和超大质量黑洞等奇异物体视为地球上探测到的高能宇宙射线的来源。

快速事实

• 宇宙射线来自宇宙周围，可以由超新星爆炸等事件产生。
• 高速粒子也在其他高能事件中产生，如类星体活动。
• 太阳也以太阳高能粒子的形式发出宇宙射线。
• 宇宙射线可以通过各种方式在地球上被探测到。一些博物馆有宇宙射线探测器作为展品。

来源

• “宇宙射线暴露”，《放射性：碘131》，www.radiobility.eu.com/site/pages/Dose_Cosmic.htm。
• NASA，NASA，imagine.gsfc.NASA.gov/science/toolbox/cosmic_rays1.html。
• RSS，www.ep.ph.bham.ac.uk/general/extraction/SparkChamber/text2h.html。

由卡罗琳·柯林斯·彼得森编辑和更新。