原標題：什么是宇宙射線以及它們來自何處？

當瑪麗·居里和亨利·貝克勒爾首次發(fā)現(xiàn)物質(zhì)的“放射性”時，科學家們認為這僅僅是大氣電離 (電子從空氣分子中剝離) 的作用，是存在于地面巖石中的放射性元素或大氣中的放射性氣體本身所產(chǎn)生的輻射而已。然后，另一位名叫維克多·赫斯(Victor Hess)的物理學家用綁在氣球上的三個靜電計做了一個實驗。

他發(fā)現(xiàn)在4600米（15000英尺）高度的電離率比在地面上的電離率高幾倍，如此高的電離率只能解釋為：有一個從上方強烈沖擊著地球大氣層的“輻射源”存在。進而，宇宙射線被發(fā)現(xiàn)了。

什么是宇宙射線？

宇宙射線是高能輻射的一種形式（包含原子核或高能質(zhì)子），它們在我們的星系中傳播，也就是說，它們在銀河系、宇宙中廣泛傳播。宇宙射線可能是由太陽產(chǎn)生的，但大多數(shù)已知的射線起源于太陽系之外，并在整個星系中傳播。

大多數(shù)銀河系宇宙射線（約85%）由氫原子的原子核（質(zhì)子）構(gòu)成，約12%的宇宙射線由α粒子（氦核）構(gòu)成。剩余的則是原子核和重原子電子。

當這些高能粒子撞擊地球大氣層并與大氣原子核相互作用時，它們會產(chǎn)生二次粒子簇射，也被稱為“空氣簇射”。

空氣簇射

當宇宙射線與其他大氣原子核相互作用時，大氣中的電磁輻射和電離粒子(如電子、光子和介子)就會發(fā)生廣泛的級聯(lián)(有時會到達地表)。

圖解：空氣簇射_藝術(shù)家描繪的1TeV質(zhì)子撞擊地球表面以上20公里的大氣層所產(chǎn)生的宇宙射線空氣簇射。

1937年，法國物理學家皮埃爾·奧格爾發(fā)現(xiàn)，當宇宙射線與大氣層中懸浮的粒子發(fā)生碰撞會產(chǎn)生如此大量的空氣簇射。

在發(fā)現(xiàn)宇宙射線之前，物理學家認為他們實際上是γ射線，是放射性衰變的結(jié)果。直到20世紀30年代，一系列的實驗才證明了宇宙射線大部分是帶電粒子。接著在1954年，劍橋麻省理工學院羅西宇宙X射線小組收集了第一批大量的空氣簇射樣本。

圖解：宇宙線對能量的分布。

宇宙射線的分類

科學家將宇宙射線分為四大類。

反常宇宙射線

人們認為當日球?qū)忧手械碾娭行栽与婋x和加速時，就會產(chǎn)生反常宇宙射線。有趣的是，當旅行者1號探測器經(jīng)過日球?qū)忧蕰r，并沒有檢測到這種粒子加速的存在。

圖解：日鞘區(qū)域——這張圖片顯示了旅行者1號和旅行者2號的位置。

銀河系宇宙射線

通常簡稱為GCR，從外部進入太陽系，但一般是形成于太陽系內(nèi)。航天科學家認為這些類型的宇宙射線是強大的超新星的產(chǎn)物。

圖解：銀河系宇宙射線——一些銀河系宇宙射線與星際介質(zhì)作用產(chǎn)生γ射線。這是高能伽馬射線實驗望遠鏡全天巡視伽馬射線的圖像。

有人提出在超新星爆炸之后，粒子在氣體殘留物中反復彈跳，加速形成宇宙射線，直到達到某種程度散入銀河系。

太陽宇宙射線

超高能宇宙射線

圖解：阿根廷的皮埃爾·奧格爾宇宙射線觀測站正在研究超高能宇宙射線，這是落在地球上的宇宙能量最高的粒子。

位于阿根廷的國際宇宙射線觀察站，皮埃爾·奧格爾觀測站已經(jīng)成立，旨在探測超高能宇宙射線，解開宇宙射線的起源和存在之謎！

參考資料

宇宙射線—WJ百科

空氣簇射（物理）—WJ百科

超高能宇宙射線—WJ百科

反常宇宙射線— NASA’s Cosmicopia

宇宙射線—詹姆斯·肖伯特（俄勒岡大學）

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

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