高能宇宙射线
假如某天早上醒来的时候,发现自己的房子正在被人用机枪扫射,此时可否算得上是十万火急了?你还会悠闲自得地穿好衣服开始新的一天,然后等待经费可怜的科学家去帮你解决这个问题?可是事情就是这么巧,我们说的这个情景,恰恰就是我们在此时此刻的处境。
如果把地球当作你的房子,把宇宙射线当作子弹的话,每天都有无数这样的子弹,在打击我们的大气层,它们携带的能量加在一起,比一次核爆炸还要多。令人不安的是,我们完全不知道这种扫射从何而来,我们不知道这些子弹从哪里来,也不知道他们的数量为什么这么多,更不知道这种高能弹药究竟是怎样形成的?这些神秘的宇宙射线到底是什么?我们又是为什么被他们时时刻刻以巨大的能量攻击?咱们就来聊聊神秘的宇宙射线。
宇宙射线这个叫法可能有点故弄玄虚了,这只不过是一种来自太空的粒子,恒星、还有其他的天体都在不断地向我们发射各种各样的东西,包括光子、质子、中微子等等,我们的太阳就会产生很多太空粒子。我们都知道太阳会发光,除此之外它还会发出很多高能的光子,比如说紫外线、伽马射线等等,这些射线会穿透你的身体并且诱发癌症,但是这些都没法和来自于太阳聚变炉中的中微子相提并论,每秒钟都有数以千亿计的中微子从你的指尖略过。
不过中微子几乎不和其他的物质发生作用,所以你也感觉不到它,也不用为此担心。一般来说,在一千亿个中微子里,只有一个会注意到你的存在,并且与你拇指中的一个粒子相接触。而剩下的绝大多数中微子都会不经过任何相互作用,它们会直接穿过地球。所以说你躲不开铺天盖地的中微子,但是中微子也懒得攻击你。还有更重要的带电粒子,它们会对人体这个精密装置构成一定威胁。
质子还有原子核就是这种粒子,高能的质子它的能量足以撕裂人体,宇航员就要特别小心,并且确保始终能有效防护高能的质子。除此之外,太阳像任何巨大的火球一样难以预测,大多数时候他对我们属于是小火慢煎,当然小火温度也是非常的高。但是有时候它也会消化不良,从而出现太阳耀斑,耀斑会将等离子束发射到遥远的太空,并且释放出额外的有害粒子。任何一个置身太空中的人,都得时刻注意和太阳有关的精准天气预测,一旦探测到这种耀斑,就必须立刻采取额外的防护措施。
每时每刻都有无数太空粒子在打击着地球,而且他们携带着很多很多能量。不过,幸运的是,地球上的我们得到了大气层的保护,大部分击中地球的高能粒子,都与覆盖在地球表面的空气、还有气体分子发生了猛烈的碰撞,并且分解掉了,从而形成了大规模的低能粒子雨。你可能会好奇,北极光或者南极光是从哪儿来的?他们就是宇宙射线流,被北极和南极的磁场偏转而发出的光,但是这种保护只在地球的表面起作用。
如果你在远高于地球表面的地方,比如说去飞机上,你就会被更多这样的辐射所伤害。这些粒子有多快呢?在地球的表面上制造高速粒子的世界纪录,是由大型强子对撞机保持的,它能将粒子加速到十万亿电子伏特,任何东西达到万亿级别都很了不起,这些太空粒子携带的能量更加令人惊奇。宇宙粒子就是每时每刻,都在带着十万亿电子伏特这个级别的能量冲击着地球。那这个冲击的频率有多大?差不多就是每秒、每平方米有一个这样的高能粒子冲向我们,你想想,地球这么大,每秒钟都有海量的粒子,携带着像高能粒子对撞机一样高的能量,冲向我们的地球。
这还不算完,接下来我们还要提到,以更高能量击中地球的宇宙射线,他们的速度更快,大型强子对撞机加速的粒子,与之相比之下就像是缓慢爬行的小婴儿。人类见过来自宇宙的最高能的粒子,它所携带的能量,差不多是大型强子对撞机制造的最高速粒子能量的两百多万倍。这个太快了,是创纪录的太空粒子,物理学家戏称他为oh my god practices,也就是“我的天呀!粒子”!死气沉沉的物理学家,竟然这样大惊小怪,他们受的刺激肯定是不小。
令人意外的是,带有这种疯狂能量的粒子还特别常见,每年大约有五亿个这样的粒子到达地球,也就是说每天都要来上百万个或者每秒有三百个。此时此刻,当你读这篇文章的时候,就有一千个这样的粒子击中了地球,他们携带的能量差不多是二十亿辆大卡车。但是关于能量如此之高的粒子,这里有一个令人震惊的事实,我们居然不知道宇宙中有什么东西,可以发射出这么高能的粒子。
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