宇宙射线yuzhou shexian

来源于宇宙空间的各种射线，其实是高能粒子流。这些高能粒子起源于各种高能天体过程。例如太阳表面的高能活动，超新星爆发，脉冲星及其他恒星的高能活动，类星体和活动星系的活动都是可能的宇宙线源。目前有人认为我们观测到的宇宙线主要起源于银河系内，但是也存在相反的观点。通常把进入大气层以前的宇宙线叫初级宇宙线，而把初级宇宙线进入大气后与大气中原子核作用而产生的射线叫次级射线。1912年，V.F.赫斯等人在高空气球上用静电计探测到800米以上的空气电离越来越强，他们推测有来自上空的巨大贯穿本领的辐射进入我们的大气。后来就把这种辐射称为宇宙线。以后的探测表明，宇宙线的强度随着大气层的厚度有变化，而且在水下和矿井中，仍然有宇宙线引起的电离，这说明宇宙线具有很高的能量。宇宙线的强度相对于地球纬度有不均匀分布（赤道处低），称做纬度效应，表明初级宇宙线是由带电粒子组成的，它们要受到地磁场的影响。此外，还有“东西不对称效应”，即同一观测点，来自西方的宇宙线多于来自东方的宇宙线，这表明初级宇宙线是由带正电的粒子组成的，在地磁场中正电粒子偏转会导致上述东西不对称效应。经过大量的实验探测和理论研究，50年代人们已经基本弄清了上述现象的原因。现在已知初级宇宙线中绝大多数是带正电的质子和α粒子，还有少量的氮、氧、氖、碳、硅、镁、铁等较重的原子核及少量的电子。这些粒子具有很高的能量(平均为200兆电子伏，最高可达10²¹电子伏)。这些高能带电粒子在地球附近受到地磁场的作用，沿着各种不同的弯曲轨道运动。其中，能量很高的荷电粒子在地磁场中偏转小，有可能穿越大气层到达地面。能量低一些的可能会由于轨道曲率过大而向地球表面运动之后又折回空间，有的则在空间往复振荡。也有一些粒子沿地磁力线作螺旋运动到达地磁极附近，并引起那里的气体发光，这正是北极光的成因。初级宇宙线进入大气层后，和大气层中原子核作用会产生次级宇宙线。例如，一个高能质子与大气中的氮原子核碰撞，由于减速而发生轫致辐射，放出光子。这个光子和其它原子核碰撞又会产生正负电子对，正负电子对再与其它原子核相互作用产生新的光子。这样，大气中由于光子和正负电子的多次电磁相互作用产生大量的正负电子和光子，这是电磁级联簇射过程。大气中还存在另一种过程：能量高于10¹⁴电子伏的宇宙线强子在大气顶部与原子核作用，会产生大量次级强子，这些强子继续产生新的次级强子，形成了核级联过程。其中，出现的π⁰介子可以衰变为光子而又形成电磁级联簇射，这两种级联过程构成了广延大气簇射。宇宙线是一个天然的实验室。由于初级宇宙线中存在着1021电子伏的高能粒子（地球上的加速器尚不能达到这种能量），因此，许多高能粒子是在宇宙线中首先发现的。由于宇宙线是高能天体过程的产物，所以宇宙线携带着这些天体过程的信息。因此宇宙线研究引起了人们极大的兴趣。目前，关于宇宙线的起源和传播问题只能说是基本清楚，尚有许多疑问和争论。