当我们仰望星空,感叹宇宙的浩瀚与神秘时,有一种无形的力量正不断穿越无尽的黑暗,悄然抵达地球,这就是宇宙射线。宇宙射线是一种来自宇宙的高能粒子流,既是可以轰开原子核坚固堡垒的微观“炮弹”,又携带着宇宙起源、天体演化、空间环境和太阳活动等宇宙信息,它以惊人的速度和能量在宇宙中穿梭。自1912年奥地利物理学家赫斯乘热气球发现宇宙射线以来,人类对其研究就从未中断过。
银河宇宙线、太阳宇宙线和异常宇宙线的统称。一般指来自于宇宙空间的各种高能带电粒子、中子,也包括极少量的X射线、γ射线、中微子、π介子及反物质。
质子:约占宇宙线的89%,是宇宙射线中最丰富的成分。
氦原子核(α粒子):约占宇宙线的10%,由两个质子和两个中子组成。
重元素原子核:约占宇宙线的1%,包括碳、氮、氧等元素,这些重元素原子核在宇宙射线中占比较小,但它们的存在表明宇宙射线来源的多样性。
电子:包括β粒子,虽然它们的来源仍不清楚,但电子在宇宙射线中也占有一定的比例,构成宇宙射线的一部分。
γ射线和超高能中微子:这两者占宇宙射线的极小部分,但它们的存在显示了宇宙射线能量的多样化。
关于宇宙射线的来源,翻阅资料,有太阳风、超新星爆发等几种说法。
◉ 太阳风是太阳向宇宙空间不断释放的带电粒子流,其中包括高能电子和质子。这些高能粒子在太阳的磁场中被加速,并在太阳风中传播到宇宙空间。当太阳风碰到地球的磁场时,它们会被磁场捕获,并在地球的磁层中形成辐射带。
◉ 超新星爆发是宇宙中最强烈的爆发事件之一,它们释放出大量高能粒子,并将它们加速到极高的速度。这些高能粒子可以穿过宇宙空间,最终到达地球。
◉ 活动星系核是一些星系中心区域的极端亮度区域,其中包括黑洞、中子星等高能天体。这些高能天体会释放出大量的高能粒子,并将它们加速到极高的速度,最终形成宇宙射线。
宇宙射线是非常难以探测的,虽然它们在宇宙中的分布非常广泛,但是大部分都会被地球的大气层吸收掉。在平均海拔4410米的四川稻城海子山,有一片规模庞大、排列整齐的设施,在阳光照耀下会闪闪发亮,这就是高海拔宇宙线观测站“拉索”(LHAASO)。它包括了由5216个电磁粒子探测器和1188个缪子探测器构成的1平方公里地面簇射粒子探测器阵列、78000平方米的水切伦科夫探测器阵列、18台广角切伦科夫望远镜等三大阵列。
“拉索”是国际上最灵敏的超高能伽马射线探测装置之一,其创造了三项“世界之最“:超高能伽马射线探测灵敏度世界最高,甚高能伽马射线源巡天普查灵敏度世界最高,超高能宇宙线能量覆盖范围世界最宽。它的建设和运行,将助力我国在高能伽马射线天文领域的研究迈向国际领先水平,并为探索宇宙线起源之谜等科学问题提供重要的实验数据和研究平台。
如今,“拉索”已顺利建成进入全阵列观测状态,在今年2月份,我国科研人员通过“拉索”在天鹅座恒星形成区发现了一个巨型超高能伽马射线泡状结构, 并在国际上首次认证了能量高于1亿亿电子伏特的宇宙线的起源天体。该成果北京时间2月26日以封面文章的形式在学术期刊《Science Bulletin》(《科学通报》)发表。
宇宙射线, 这一来自深空的未知力量,不断激发着人类的好奇心和探索欲望。通过对它们的研究,我们有望在解开宇宙奥秘的道路上迈出更加坚实的步伐。