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宇宙射线的形成及影响

来源:不详       更新时间:2013-1-24 14:12:46
 
    所谓宇宙射线,指的是来自于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,于是有人为之取名为“宇宙射线”。
  
  形成
  
  宇宙射线(cosmicray)一般指约在46亿年前刚从太阳星云形成的地球。初生的地球,固体物质聚集成内核,外周那时,由于地球质量还不够大,还缺乏足够的引力将大气吸住,又有强烈的太阳风(是太阳因高温膨胀而不断向外抛出的粒子流,在太阳附近的速度约为每秒350~450公里),所以以氢、氦为主的第一代大气很快就被吹到宇宙空间。地球在继续旋转和聚集的过程中,由于本身的凝聚收缩和内部放射性物质(如铀、钍等)的蜕变生热,原始地球不断增温,其内部甚至达到炽热的程度。于是重物质就沉向内部,形成地核和地幔,较轻的物质则分布在表面,形成地壳。
  
  初形成的地壳比较薄弱,而地球内部温度又很高,因此火山活动频繁,从火山喷出的许多气体,构成了第二代大气即原始大气。原始大气是无游离氧的还原性大气,大多以化合物的形式存在,分子量大一些,运动也慢一些,而此时地球的质量和引力已足以吸住大气,所以原始大气的各种成分不易逃逸。以后,地球外表温度逐渐降低,水蒸汽凝结成雨,落到地球表面低凹的地方,便成了河、湖和原始海洋。当时由于大气中无游离氧(O2),因而高空中也没有臭氧(O3)层来阻挡和吸收太阳辐射的紫外线,所以紫外线能直射到地球表面,成为合成有机物的能源。此外,天空放电、火山爆发所放出的热量,宇宙间的宇宙射线(来自宇宙空间的高能粒子流,其来源目前还不了解)以及陨星穿过大气层时所引起的冲击波(会产生摄氏几千度到几万度的高温)等,也都有助于有机物的合成。但其中天空放电可能是最重要的,因为这种能源所提供的能量较多,又在靠近海洋表面的地方释放,在那里作用于还原性大气所合成的有机物,很容易被冲淋到原始海洋之中。宇宙射线产生太阳系是在圆盘状的银河系中运行的,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公里的速度运行。“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磨擦时就会产生宇宙射线。
  
  研究
  
  宇宙射线中的核子之所以能够从他们遥远的源头一直到达地球,是因为宇宙中物质的低密度。核子与其它物质有着强烈的感应,所以当宇宙线接近地球时,便开始于大气层气体中的核子撞击。在粒子雨的过程中,这些碰撞产生很多π介子和K介子,这些很快衰退为μ子的不稳定介子。由于与大气层没有强烈的感应以及时间膨胀的相对论性效应,许多μ子能够到达地球表面。μ子属于电离辐射,从而可以轻易被许多粒子探测器检测到,例如气泡室,或闪烁体探测器。如果多个μ子在同一时间被不同的探测器检测到,那么它们一定产自同一次粒子雨。
  
  如今,新的探测手段能够不通过粒子雨这个现象检测这些高能粒子,也就是在太空中,不受大气层的干扰,直接探测宇宙线,例如阿尔法磁谱仪实验。
  
  影响
  
  虽然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。比方说,现代飞机上所使用的控制系统和导航系统均有相当敏感的微电路组成。一旦在高空遭到带电粒子的攻击,就有可能失效,给飞机的飞行带来相当大的麻烦和威胁。还有科学家认为,长期以来普遍受到国际社会关注的全球变暖问题很有可能也与宇宙射线有直接关系。这种观点认为,温室效应可能并非全球变暖的惟一罪魁祸首,宇宙射线有可能通过改变低层大气中形成云层的方式来促使地球变暖。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

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