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什么是宇宙射线?

  什么是宇宙射线?作者:Elizabeth Howell,Space.com贡献者 美国东部时间2018年5月10日0838 0 0 更多什么是宇宙射线?当高能宇宙射线撞击地球大气顶部时,会出现高能粒子的阵雨。大多数宇宙射线是原子核:大部分是氢原子核,有些是氦原子核,其余是较重的元素。虽然许多低能宇宙射线来自我们的太阳,但最高能量宇宙射线的起源仍然未知,并且是许多研究的主题。该图描绘了来自非常高能量宇宙射线的空气淋浴。图片来源:Simon Swordy(美国芝加哥),NASA 宇宙射线是从太阳系外部降落在地球上的原子碎片。他们以光速照耀,并被指责为卫星和其他机械中的电子问题。发现于1912年,关于宇宙射线的许多事情在一个多世纪之后仍然是一个谜。一个主要的例子就是他们来自哪里。大多数科学家怀疑他们的起源与超新星(星爆)有关,但挑战在于,多年来宇宙射线起源对观测整个天空的天文台来说是均匀的。 2017年,皮埃尔奥格天文台(位于阿根廷西部的面积超过3,000平方公里,或1,160平方英里)研究了30,000个宇宙粒子的到达轨迹,这是宇宙射线科学的一次大跃进 。它的结论是,这些宇宙射线到达的频率存在差异,具体取决于您的外观。研究人员表示,虽然他们的起源仍然模糊不清,但知道在哪里看是了解他们来自哪里的第一步。结果发表在“科学”杂志上。宇宙射线甚至可以用于天文学之外的应用。2017年11月,一个研究小组在吉萨大金字塔中发现了一个可能的空洞,该大金字塔建于公元前2560年, 使用的是宇宙射线。研究人员利用μ子断层扫描仪发现了这个腔,探测宇宙射线及其穿透固体物体的穿透。历史虽然宇宙射线只是在20世纪80年代被发现,但科学家早在19世纪80年代就知道一些神秘的东西 正在发生。就在那时,法国物理学家查尔斯 - 奥古斯丁·库仑(Charles-Augustin de Coulomb) - 以他的名字命名的电荷单位而闻名 - 突然观察到一个充满电的球体并且神秘地不再被充电。当时,空气被认为是绝缘体而不是导电体。然而,随着更多的工作,科学家们发现,如果分子带电或离子化,空气就可以导电。当分子与带电粒子或X射线相互作用时,这通常会发生。但是这些带电粒子的来源是个谜; 甚至试图用大量铅来阻止充电也是空洞的。1912年8月7日,物理学家维克多·赫斯(Victor Hess)将一架高空气球飞到了17,400英尺(5300米)处。他发现那里的电离辐射比在地面上多三倍,这意味着辐射必须来自外太空。但追踪宇宙射线“起源故事”花了一个多世纪。2013年,美国宇航局的费米伽玛射线太空望远镜发现了观测银河系中两颗超新星遗迹的结果 :IC 433和W44。 在这些恒星爆炸的产物中有伽马射线光子,它(不像宇宙射线)不受磁场的影响。研究的伽马射线具有与称为中性π介子的亚原子粒子相同的能量特征。当质子卡在超新星冲击波内的磁场中并相互撞击时,会产生π介子。换句话说,匹配的能量特征表明质子可以在超新星内以足够快的速度移动以产生宇宙射线。 当前的科学我们今天知道,银河宇宙射线是原子碎片,如质子(带正电粒子),电子(带负电粒子)和原子核。虽然我们现在知道它们可以在超新星中创建,但可能还有其他可用于宇宙射线创建的源。目前尚不清楚超新星如何能够如此快速地制造这些宇宙射线。宇宙射线不断在地球上下雨,虽然高能“初级”射线与地球上层大气中的原子相撞而很少穿过地面,但是“次级”粒子从这次碰撞中被射出并且在地面。但是当这些宇宙射线到达地球时,它们无法追踪它们来自何处。那是因为他们的路径在他们穿越多个磁场(星系,太阳系和地球本身)时发生了变化。科学家们试图通过观察宇宙射线的构成来追溯宇宙射线的起源。科学家们可以通过观察每个核在辐射中发出的光谱特征,以及通过称量击中宇宙射线探测器的元素的不同同位素(类型)来解决这个问题。 NASA补充说,结果显示了宇宙中非常常见的元素。大约90%的宇宙射线核是氢(质子),9%是氦(α粒子)。氢和氦是宇宙中最丰富的元素,也是恒星,星系和其他大型结构的起源点。剩下的1%是所有元素,科学家可以从1%中最好地搜索稀有元素,以便在不同类型的宇宙射线之间进行比较。皮埃尔奥格天文台合作发现了2017年宇宙射线到达轨迹的一些变化,提供了一些关于射线可能来源的暗示。科学家还可以通过观察随时间减少的放射性核来确定宇宙射线的 年代。测量每个原子核的半衰期可以估算宇宙射线在太空中的存在时间。 2016年,美国宇航局的太空船发现大多数宇宙射线可能来自(相对)附近的大质量恒星群。该机构的高级成分探测器(ACE)太空船 使用 称为铁-60 的放射性铁探测到宇宙射线。由于这种形式的宇宙射线随着时间的推移而退化,科学家们估计它必须从地球起源不超过3000光年 - 相当于银河系中局部螺旋臂宽度的距离。 2017年向国际空间站发射了 一项名为ISS-CREAM(Cosmic Ray Energetics and Mass)的实验 。预计它将运行三年,回答诸如当宇宙射线粒子起源时是否超新星产生大多数宇宙射线粒子,以及是否可以通过单一机制解释宇宙射线所见的所有能谱的问题。国际空间站还 装有CALORimetric电子望远镜(CALET),它可以搜索最高能量的宇宙射线。CALET于2015年在那里推出。宇宙射线也可以通过气球检测,例如通过超级铁 - 银河元素记录仪(SuperTIGER)实验,其中包括美国宇航局喷气推进实验室和几所大学的参与。它曾多次飞行,包括2012年12月至2013年1月期间在南极上空进行的为期55天的飞行记录。“根据这次飞行的数据,我们正在研究宇宙射线的起源。具体来说,测试宇宙射线起源的新兴模型。 OB协会,以及确定哪些粒子将加速的模型,“ SuperTIGER网站说。公民科学家也可以 通过在crayfis.io网站注册来 参与寻找宇宙射线。在那里,他们将参加由俄罗斯国立研究大学高等经济学院的大数据分析方法实验室(LAMBDA)运行的CRAYFIS实验。那里的研究人员正在研究使用移动电话的超高能宇宙射线。太空辐射问题地球的磁场和大气层屏蔽了来自太空的99.9%的辐射。但是,对于保护地球磁场以外的人来说,太空辐射成为一种严重的危害。好奇号火星探测器在253天的火星巡航期间的一种仪器显示, 即使是最短的地球 - 火星往返,宇航员接收的辐射剂量约为0.66西弗。这个量就像每隔五六天接受一次全身CT扫描一样。剂量为1西弗特与致命癌症风险增加5.5%相关。生活在地球上的普通人接受的正常日辐射剂量是10微西弗(0.00001西弗特)。月球没有大气层和非常弱的磁场。生活在那里的宇航员必须提供自己的保护,例如将他们的栖息地埋在地下。火星 没有全球磁场。来自太阳的粒子剥离了大部分火星的大气层,导致 对 地表辐射的保护很差。火星上的最高气压等于地球表面上方22英里(35公里)的高度。在低海拔地区,火星的大气提供了更好的空间辐射保护。 2017年,美国宇航局对其太空辐射实验室 (位于纽约布鲁克海文国家实验室)进行了一些 升级,以研究宇宙射线如何影响长途航行的宇航员,包括火星。这些升级使研究人员能够更容易地通过软件控制来改变离子类型和能量强度。

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