宇宙【四】宇宙射线

宇宙射线，指的是来自于宇宙中的一种具有相当大能量的带电粒子流。

宇宙射线一般指约在46亿年前刚从太阳星云形成的地球。初生的地球，固体物质聚集成内核，外周则是大量的氢、氦等气体，称为第一代大气。

那么宇宙射线是怎么产生的呢？我们讲一哈。

太阳系是在圆盘状的银河系中运行的，运行过程中会发生相对于银河系中心位置的位移，每隔6200万年就会到达距离银河系中心的最远点。

而整个“银河盘”又是在包裹着它的热气体中以每秒200公里的速度运行。“银河盘并不像飞盘那样圆滑，”科学家称，“它是扁平的。”当银河系的“北面”或前面与周围的热气摩擦时就会产生宇宙射线。

宇宙线主要是由质子、氦核、铁核等裸原子核组成的高能粒子流，它也含有中性的珈玛射线和能穿过地球的中微子流。

它们在星系际银河和太阳磁场中得到加速和调制，其中一些最终穿过大气层到达地球。

人类对宇宙射线作微观世界的研究过程中采用的观测方式主要有三种。

即：空间观测、地面观测、地下（或水下）观测。

宇宙射线还存在着转化、簇射的过程。除中微子外，几乎所有的高能宇宙射线，在穿过大气层时都要与大气中的氧、氮等原子核发生碰撞，并转化出次级宇宙线粒子。

而超高能宇宙线的次级粒子又将有足够能量产生下一代粒子，如此下去，一级一级的转化，将会产生一个庞大的粒子群。

1938年，法国人奥吉尔在阿尔卑斯山观测发现了这一现象，并将其命名为“广延大气簇射”。

虽然当宇宙射线到达地球的时候，会有大气层来阻挡住部分的辐射，但射线流的强度依然很大，很可能对空中交通产生一定程度的影响。

有科学家认为全球变暖问题很有可能也与宇宙射线有直接关系。

这种观点认为，温室效应可能并非全球变暖的惟一罪魁祸首，宇宙射线有可能通过改变低层大气中形成云层的方式来促使地球变暖。

宇宙射线水平的变化可能是解释这一疑难问题的关键所在。

由于来自外层空间的高能粒子将原子中的电子轰击出来，形成的带电离子可以引起水滴的凝结，从而可增加云层的生长。

也就是说，当宇宙射线较少时，意味着产生的云层就少，这样，太阳就可以直接加热地球表面。

从对过去20年太阳活动和它的放射性强度的观测数据来看，支持这种新的观点，即太阳活动变得更剧烈时，低空云层的覆盖面就减少。

这是因为从太阳射出的低能量带电粒子可使宇宙射线偏转，随着太阳活动加剧，太阳风也增强，从而使到达地球的宇宙射线较少，因此形成的云层就少。

时至今日，人类仍然不能准确说出宇宙射线是由什么地方产生的，但普遍认为它们可能来自超新星爆发、来自遥远的活动星系。

现代的宇宙射线观测有两种方式：直接探测法和间接探测法。

【直接探测法】

1014eV以下的宇宙射线，通量足够大，可用面积约在平方公尺左右的粒子探测器，直接探测原始宇宙射线。

这类探测器需要人造卫星或高空气球运载，以避免大气层吸收宇宙射线。

【间接探测法】

1014eV以上的宇宙射线，由于通量小，必须使用间接测量，分析原始宇宙射线与大气的作用来反推原始宇宙射线的性质。 当宇宙射线撞击大气的原子核后产生一些重子、轻子及光子。

这些次级粒子再重复作用产生更多次级粒子，直到平均能量等于某些临界值，次级粒子的数目达到最大值，称为簇射极大，在此之后粒子逐渐衰变或被大气吸收，使次级粒子的数目逐渐下降，这种反应称为“空气簇射”。

地球地表的主要辐射源是放射性矿物，空气簇射的次级粒子是高空的主要辐射源，海拔20公里处辐射最强，100公里以上的太空辐射则以太阳风及宇宙射线为主。

宇宙射线为来自太阳系以外的高能量粒子，能量约从109eV to 1020eV以上。

在靠近地球的太空中，每秒每平方公分约有一个宇宙射线穿过。

宇宙射线的主要成份是质子，及其它核种从氦核到铁核以上，甚至微量的镧系元素。

OK啦！今天先说辣么多。

下一期我们说说白矮星。