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( 二 )
科学家们观测时发现 ， 宇宙射线的通量会随着能量下降而下降 ， 所以科学家们可以通过检测次级粒子（宇宙射线与大气相互作用的产物）从地面完成对宇宙射线的测量 。 这可以直接完成 ， 也可以通过其电磁辐射观测完成 ， 这是高能宇宙射线研究中的常用方法 。 尤其是在Pierre Auger天文台中 ， 科学家们使用了这种方法 ， 该探测器阵列覆盖了3000平方千米的区域 。
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CTA 1超新星残骸
在天体宇宙射线领域中 ， 我们不得不说的就是伽马射线 ， 宇宙伽马射线的范围从低到高是有分类的 ， 一般科学家们使用eV低频 ， MeV中频 ， GeV高频 ， TeV超高频 ， PeV极高频记作单位 。 科学家们在研究伽马射线时要求专门设计的探测器能够准确测量粒子的路径方向及其能量 。 太空仪器还有更多要求 ， 比如太空仪器需要涵盖低频和高频 ， 而地面仪器需要更有效地研究超高频和极高频范围内的宇宙射线 。
探索宇宙射线
宇宙射线的起源各不相同 ， 其本质上具有不同的物理参数 ， 比如能量极限 ， 加速机制等 ， 所以在宇宙射线中寻找粒子各向同性通量光谱是一个挑战 。 我们目前对MeV和GeV宇宙射线范围的了解基本上来自费米和AGILE伽马射线空间望远镜 ， 利用成对转换跟踪技术获得的数据证实了数千个宇宙伽玛射线起源的推测 。 借助HESS ， MAGIC和VERITAS大气Cherenkov望远镜阵列 ， 该领域数据正在迅速增加 ， 现在已经成为了一门天文学科 。 在过去的10到15年中 ， 使用这些仪器进行的观察已发现了许多重要性成果 ， 尤其是与宇宙射线的起源有关 。
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图为直径17米的MAGIC望远镜
未来科学家还会制造更多宇宙射线的观测阵列 ， 一项名为切伦科夫望远镜IACT阵列的项目已经在建造当中了 ， 未来IACT在标准的0.1–10 TeV频率内灵敏度会呈指数级提高 ， 另外IACT能量域观测范围可以到达小于10 GeV且高达100 TeV以上 。
科学家们的下一代伽马射线探测器切伦科夫望远镜阵列可以完成这些目标 ， IACT阵列具有较高的灵敏度和相对较大的视野 ， 另一方面 ， 这些阵列的能力在搜索星云扩展结构以及检测孤立结构（比如某一颗脉冲星 ， 磁星等天体）或瞬变的伽马射线源方面也会有很大进步 。
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Super Kamiokande检测器是一个高40米 ， 直径40米的水箱 ， 装满了50000吨超纯水 ， 这里还铺有13000个检测器 ， 可以检测轰击地球的中微子束
宇宙射线中有很多重要组成部分 ， 有些朋友可能会把中微子与伽马射线的概念混淆 ， 其实中微子类似于伽马射线 ， 但它们之间也存在区别 。 例如 ， 中微子仅在强子相互作用中产生 ， 而且中微子与伽马射线不同 ， 中微子与周围物质以及磁场和辐射场的相互作用很小 。
在过去的十年中 ， 科学家们对宇宙射线的研究取得了令人瞩目的进步 ， 国际空间站机载AMS-02科学仪器也为宇宙射线测量精度提供了新的标准 。 新的宇宙射线测量值为科学家们的宇宙射线理论提供了更多的参考 。
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南极厚厚的冰盖是一个巨大的宇宙射线探测器 ， 科学家们在南极建立了IceCube Neutrino天文台 ， 该天文台周围安装了很多传感器 ， 这些传感器是为了检测称为中微子的亚原子粒子
未来在这一领域 ， 科学家们会使用更多的卫星和地面仪器进行宇宙射线的观测 。 目前我们了解到 ， 超新星爆炸遗迹仍然是银河系宇宙射线的主要来源 ， 另一方面 ， 多TeV伽马射线观测提供的证据表明 ， 大质量恒星团非常活跃 ， 因此 ， 恒星团也是宇宙射线的一个主要来源 。
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