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一、来自高空的辐射
年,年仅29岁的年轻物理学家维克多·赫斯最早发现了宇宙射线,并于年因为在宇宙射线方面的杰出成就而获得诺贝尔物理学奖。赫斯是一个颇有天赋的年轻人,在居里夫妇发现了“镭”的消息传遍了全世界后,赫斯开始认真研究物理学最热门的课题——辐射。关于辐射,当时公认的解释是,它是由地球上的矿物质发出的周期性的带电粒子。按照这种解释,如果将测量仪器置于远离地面的高处时,测到的带电粒子的数目应该会减少。
通过计算可以得出,如果辐射来自于地球本身,在离地面十米处,辐射量应该会是地面辐射量的83%,在一千米的高空,辐射量应该只剩下地面辐射量的0.1%。于是赫斯开展了一系列的验证,他最开始利用埃菲尔铁塔的高度,得出的结论并不符合计算结果,然后,他在三年的时间内利用热气球携带测量仪器升上五六千米的高空数十次,并且为了排除太阳辐射的干扰,进行了夜间飞行,甚至抓住日全食的机会进行测试。通过赫斯不懈的努力,终于得出肯定的结论:一种穿透力极强的辐射自宇宙空间进入地球的大气层。
二、对宇宙射线的误解以及“东-西效应”
赫斯发现宇宙射线后,有人认为这种高能粒子是一种肉眼看不见的光,可能是伽马射线。但随后有研究者发现,它的强度会随着到赤道的距离而变化,而起因是由于它们被地球的磁场偏折了,由此断定它是一种带电粒子,而不是光子(伽马射线是光子,沿直线传播,而宇宙射线是电离态的粒子,可衰变为次级原子,外力可使它转向)。也就是说,其实称它们为“射线”并不贴切。
尽管如此,人们直到现在还是顽固地沿用了宇宙“射线”这个词。19世纪30年代,科学家们发现了一个宇宙射线很古怪的现象,从东面进入地球大气层的宇宙射线的强度与从西面进入的强度不同,这就是宇宙射线的“东-西效应”,这个古怪的效应指出,宇宙射线粒子不仅带电,带的还是正电,也就意味着绝大多数粒子时质子或者是氢原子核。
随后科学家们搞清了宇宙射线的物质构成,它和构成我们宇宙的物质基本一样——90%是质子(氢原子核),9%是阿尔法粒子(氦原子核),只有极少一部分是更重元素的原子核,只占整体的1%。而1%的射线粒子是电子很令人费解,因为宇宙中的质子和电子数目一样多,为什么宇宙射线中却仅有1%而不是一半?
三、不合理的能量
很多宇宙射线的能量非常高,天体物理学家们认为,绝大多数的宇宙射线可能来自于超新星爆发、星系中心的爆炸或者黑洞坍缩。然而,仍有一小部分宇宙射线拥有令人难以置信的、无法解释的超高能量,它们的来源仍是一个谜。最近,人们认为像NGC/NGC那样正在合并的星系可能是高能宇宙射线的源头,另外,可能的候选者还有活动星系核(如M82)、星系中心的超大质量黑洞等。
四、对人类健康可能的影响
尽管科学家早在19世纪四五十年代就已开展了宇宙射线对人类健康危害方面的研究,其间曾数次将各类动物送上太空,最终认识到,只要防护得当,宇宙射线对人类不会产生致命的影响。但需要注意的是,在太空中长时间接受宇宙射线的辐射,长远看可能会增加患癌症的风险。
其实,只要你我还生活在地表之上,每时每刻都会有几千束宇宙射线从你我的身体内一闪而过,除非你已决定生活在地下停车场里。