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第5章 遥远天际谈杀手——宇宙射线

1.宇宙射线是什么?

所谓的宇宙射线,指的是来自宇宙中的一种具有相当大能量的带电粒子流。1912年,德国科学家韦克多·汉斯带着电离室在乘气球升空测定空气电离度的实验中,发现电离室内的电流随海拔升高而变大,从而认定电流是来自地球以外的一种穿透性极强的射线所产生的,于是有人把它命名为“宇宙射线”。

太阳系是在银河系中运行的。在运行过程中,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200千米的速度运行。“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体摩擦时,宇宙射线就产生了。

2.宇宙射线有什么影响?

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。举个简单的例子,现代飞机上所使用的控制系统和导航系统,均由相当敏感的微电路组成。一旦在高空遭到射线流的攻击,就有可能失效,从而给飞机的飞行带来相当大的威胁。

也有科学家认为,长期以来普遍受到国际社会关注的全球变暖问题,很可能也与宇宙射线有着直接的关系。这种观点认为,温室效应可能并非是全球变暖的唯一罪魁祸首。宇宙射线有可能通过改变低层大气中形成云层的方式,从而促使地球变暖。这些科学家的研究认为,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。他们指出,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。对过去20年中太阳活动和它的放射性强度的观测数据支持这种新的观点,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(即太阳风)可使宇宙射线发生偏转,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。此外,在高层空间,如果宇宙射线产生的带电粒子浓度很高,这些带电离子就有可能相互碰撞,从而重新结合成中性粒子。但在低空中的带电离子,保持的时间相对较长,因此足以引起新的云层形成。

此外,几位美国科学家还认为,宇宙射线很有可能与生物物种的出现与灭绝有关。他们认为,某一阶段突然增强的宇宙射线很有可能破坏地球的臭氧层,并且增加地球环境的放射性,导致物种的变异乃至灭绝。另一方面,这些射线又有可能促使新的物种产生突变,从而产生出全新的一代物种。这种理论同时指出,某些生活在岩洞、海底或者地表以下的生物,正是由于可以逃过大部分的辐射,才没有灭绝。从这种观点来看,宇宙射线倒还真是名副其实的“宇宙飞弹”。

3.宇宙射线对人类的意义

如今,人类仍然很难准确说出宇宙射线是由什么地方产生的。但是,普遍观点认为它们可能来自超新星爆发、来自遥远的活动星系,它们无偿地为地球带来了日地空间环境的宝贵信息。科学家希望,通过接收这些射线来观测和研究它们的起源和宇宙环境中的微观变化。

宇宙射线的研究,已逐渐成为天体物理学研究的一个重要领域,许多科学家都努力试图解开宇宙射线之谜。可是一直到现在,人们都并没有完全了解宇宙射线的起源。一般认为,宇宙射线的产生,可能与超新星爆发有关。对此,一部分科学家认为,宇宙射线产生于超新星大爆发的时刻,“死亡”的恒星在爆发之时,放射出大能量的带电粒子流,射向宇宙空间。另一种观点则认为,宇宙射线来自于爆发之后超新星的残骸。

不管最终如何定论,科学家们总是把最大的热情投入到宇宙射线的研究中去。那么人类为什么要研究宇宙射线?罗杰·柯莱在他的著作《宇宙飞弹》中做出了精辟的阐释:

“宇宙射线的研究,已经变成天体物理学的重要领域。尽管宇宙射线的起源至今还没有确定,人们已普遍认为对宇宙射线的研究能获得宇宙绝大部分奇特环境中有关过程的大量信息:类星体、射电星系以及围绕中子星和黑洞由流入物质形成的沸腾转动的吸积盘的知识。我们对这些天体物理学客体的理解还很粗浅,当今宇宙射线研究的主要推动力是渴望了解大自然为什么在这些天体上能产生如此超常能量的粒子。”