​什么是宇宙射线？宇宙射线从何而来？宇宙射线多久撞击地球一次？

什么是宇宙射线？宇宙射线从何而来？宇宙射线多久撞击地球一次？

什么是宇宙射线？他们是隐形的；他们很丰富；他们是致命的；它们是宇宙射线。

每一立方厘米的空间都被这些宇宙射线浸透：微小的亚原子粒子不断流过它。宇宙射线主要由质子组成，但偶尔也包括较重的原子核。它们以接近光速的速度行进——根据麦当劳研究所的数据，1991 年，一种探测到的宇宙射线，因其极高的能量而被称为“OMG 粒子”，同时以光速的 99.99999999999999999999951% 的速度撞击我们的大气层超物理学参考页。

抛开名字不谈，宇宙射线根本不是射线。但是在1911年，当科学家维克多·赫斯将第一批宇宙射线探测器发射到5300米(17388英尺)的高空进入大气层时，根据NobelPrize.org的说法，他分不清粒子和电磁辐射的区别。(赫斯后来因为他的工作获得了诺贝尔奖。)无论它们是由什么构成的，它们都是来自太空的超高能束。尽管后来的实验将揭示它们的粒子性质，但这个名字仍然存在。

宇宙射线从何而来？

宇宙射线有多种来源——它们都很强烈。当巨星死亡时，它们会在几秒钟内在一场被称为超新星的奇妙爆炸中把自己从里到外。单个超新星事件可以超过整个星系的恒星价值，因此它们提供足够的能量将粒子加速到接近光速。

恒星合并还可以产生所需的能量，伴随着新恒星的诞生、潮汐破坏事件（当恒星被黑洞吞噬时）以及大质量黑洞周围的狂热吸积盘。它们都以各种能量释放宇宙射线，然后继续淹没宇宙。

但根据欧洲核研究组织 (CERN) 的说法，确定宇宙射线的来源是一项艰巨的任务。由于它们是带电粒子，它们会对磁场做出反应。我们的银河系有一个微弱（但很大）的磁场，它会偏转从宇宙其他部分流入的任何宇宙射线的路径。当这些来自银河系外的宇宙射线到达我们地球上的探测器时，它们来自随机方向，没有可辨别的来源。

现代天文学家拥有多种工具来寻找这些高能粒子。最简单的方法是直接检测：搭建一个盒子，等待宇宙射线击中它，并记录结果。例如，国际空间站已经配备了这样的探测器。但它们的规模有限，而且只在可观测宇宙的一小部分训练他们的视线，所以最大的宇宙射线天文台使用间接方法。

宇宙射线多久撞击地球一次？

据美国宇航局称，宇宙射线不断撞击地球的大气层。当它们这样做时，它们会以二次粒子淋浴的形式释放被压抑的能量，然后它们会到达地面。然后可以检测到该淋浴，例如阿根廷的皮埃尔奥格天文台。您甚至可以在家中构建宇宙射线探测器：将毡垫浸泡在异丙醇中，然后将其放在干冰上方。酒精会形成过饱和蒸气，当宇宙射线穿过时，它会在蒸气中留下可见的痕迹。

使用自制的宇宙射线探测器，您可以期望每平方米每秒看到大约一个低能量（约 10^10 电子伏特）宇宙射线。高能量的，大约 10^15 eV，每年撞击一平方米。

宇宙射线有多种不同的能量水平。最高能量的宇宙射线，称为超高能宇宙射线，或 UHERC，是最稀有的，每年撞击一平方公里。这就是为什么像 Perre Auger 这样的天文台如此庞大——它们创造了一个更大的收集面。“我们需要大型实验，因为最高能量的宇宙射线极其罕见。”捷克共和国ELI 光束线实验和纽约市熨斗研究所的博士后研究员、宇宙射线专家Noémie Globus告诉 Live Science 。

这些 UHERCS 不仅是最稀有的宇宙射线，它们也是最神秘的。

“我们不了解最高能量宇宙射线的起源。”格洛布斯说。“这简直是未知数。我一直对这些粒子的能量感到惊讶。”

宇宙射线有害吗？

从本质上讲，所有能量的宇宙射线对人类及其物体都是可怕的。它们可以破坏电子设备并弄乱数码相机。据美国宇航局称，作为电离辐射的一种形式，它们可能会产生多种健康后果。它们可以在细胞内产生活性含氧物质，在高水平时会给细胞带来压力并导致细胞自杀，引入 DNA突变，并引发导致癌症的复制错误。

在地球表面，厚厚的大气层保护大多数人免受宇宙射线的破坏性影响。但宇宙射线对宇航员构成严重威胁，尤其是在航天机构考虑对月球和火星进行长期任务时。在国际空间站上停留 6 个月，宇航员将获得相当于在地表生活 25 次的宇宙射线辐射剂量。前往火星的往返任务，包括在其未受保护的表面停留一段时间，将使暴露量增加三倍。

航天机构目前正在努力确定累积的宇宙射线损害对健康的长期不利影响，并试图开发降低风险的系统，例如设计太空舱，其中货物充当宇宙射线防护罩，而人类宇航员则受到保护。中心。

尽管宇宙射线通常令人讨厌，但如果没有它们，生命的进化可能是不可能的。这是 Globus 研究的重点，因为她研究宇宙射线在生命中的作用。“宇宙射线会引起突变，因此宇宙射线与进化能力有关。”她说。

长期以来，宇宙射线与进化之间的联系一直被忽视，但它正迅速引起各个领域的兴趣。“例如，我们不了解从非生命到生命的转变，尤其是生物体产生的 20 种天然氨基酸中有 19 种表现出同手性，这意味着它们在结构上是排列的，因此它们不能叠加在镜子上。” Globus 说。“宇宙射线可能在这一步中发挥作用。”