科学|宇宙无奇不有，科学家们如何研究并“捕捉”有奇怪特质的宇宙射线
宇宙射线的奇怪特质
本文插图
宇宙的大小超乎我们的想象 ， 在宇宙中有很多令人困惑的奥秘 ， 黑洞视界 ， 宇宙规模 ， 磁星性质 ， 暗物质结构等等 。 宇宙有太多的谜团 ， 今天我们来看一种特殊的物质 ， 它可以直接穿过我们的身体 ， 穿过我们的星球 ， 甚至穿越一切……由细小的原子构成的宇宙射线可以穿透任何物质 ， 不过幸好 ， 在地球上它们在穿透我们身体的时候不会对我们的身体造成损害 。 但是宇宙中的宇宙射线实在是太多了 ， 这么多宇宙射线 ， 它们不都起源于我们的太阳 ， 粒子物理学家对宇宙射线的来源产生了疑问 。
近乎光速运动的带电粒子无时无刻不在轰击着我们的地球 ， 几十年来 ， 宇宙射线研究一直是粒子物理学和天体物理学的核心研究目标 。 宇宙射线在粒子物理学的发展中起着重要作用 ， 尤其是最近几年粒子物理学家们在宇宙射线中发现了一些基本粒子 ， 例如正电子 ， μ和π介子 。
本文插图
奥地利物理学家Victor Hess乘坐热气球 ， 成功证实了高能粒子来自太空的理论是正确的
宇宙射线是在1912年被发现的 ， 当时一位名叫Victor Hess的物理学家乘坐热气球发现大气层中的辐射量会随着高度上升而增加 。 他在热气球上进行了隔离与辐射实验 ， 这使他得出结论 ， 辐射来自太空 ， 而不是来自地球岩石的放射性反应 。 在日全食期间 ， 他又一次乘坐热气球 ， 由于月球遮挡了太阳 ， 当时他想着来自太阳的宇宙辐射会少一些 ， 但是事实并非如此 。 这使Victor Hess确定：辐射不都来自太阳 ， 而是来自更深的空间 。
在地球上 ， 我们不会受到宇宙射线粒子的威胁 ， 但是宇宙中的辐射粒子能量要大的多 ， 举一个例子 ， 宇宙中的宇宙射线比世界上最强大的大型强子对撞机推动的质子能量高200万倍 。 我们可以想象 ， 这种能量类似于顶级网球职业选手尽其所能击球 ， 想象一下 ， 网球选手将所有的能量都注入进一个小于原子的区域内 ， 这是非常极端的 。
本文插图
太空中的卫星会受到宇宙射线的影响 ， 一部分高能粒子来自太阳 ， 卫星就好像被困在粒子流海洋中的孤舟一样
不仅如此 ， 科学家对这种粒子是如何到达地球的感到十分困惑 ， 疑问有很多 ， 科学家们只能从头开始研究 。 到1960年代 ， 粒子物理领域一直占据主导地位 ， 那时人造加速器成为研究基本粒子的主要工具 ， 不过目前 ， 宇宙射线领域的科学家们更侧重于研究与天体物理有关的宇宙射线 。
天体物理学和宇宙射线
宇宙或者说宇宙天体是独特的实验室 ， 在这里科学家们可以不断探索与论证经典量子力学 ， 广义相对论 ， 粒子物理学 ， 等离子体物理学 ， 磁流体动力学等学科的各种效应与过程 ， 在宇宙中科学家们还可以探索星系或者超巨型天体是如何将可用的热能和电磁能转化为宇宙粒子的 。
本文插图
SN 1054结构是天文学家们首次观测到的超新星
宇宙射线由稳定的带电粒子组成 ， 其他结构也构成了宇宙射线 ， 这包括少量中性粒子的质子 ， 原子核 ， 电子 ， 伽马射线 ， 中微子以及极微量的反粒子正电子和反粒子质子 。 宇宙是我们研究宇宙射线的实验室 ， 因为在地球上 ， 除中微子之外 ， 其他粒子都会被地球大气吸收 。 因此 ， 未来科学家们理想的宇宙射线探测器将是一种基于太空的仪器 ， 该仪器可测量宇宙射线中粒子的方向 ， 能量和电荷质量 。 最先进的天基宇宙射线探测器是Alpha电磁光谱仪AMS-02 ， 它现在正安装在国际空间站上 。
推荐阅读
- 科学|世界本来没有颜色？科学家发现大脑中的“调色板”机制
- 地球|哈勃：出现宇宙碰撞之前！“仙女银河”外围已撞上，影响地球吗？
- 科学|在太空中，免疫系统是否有影响？
- 科学|为什么没有人被暗物质杀死？
- 科学,黑洞|满怀期待，第一张黑洞视界照片！
- 科学,NASA|56年前的NASA航天器将坠落地球 不会构成威胁
- 科学|既然所有的生命都要死亡，那么生命的意义是什么？
- 科学|中国将发射超强卫星，功能领先多国，将于明年发射
- 科学|哈勃：出现宇宙碰撞之前！“仙女银河”外围已撞上，影响地球吗？
- 科学|中子的寿命到底有多长？多种方法试错，谜题亟待解决！