李龙臣 2007年03月13日 13:37
什么是宇宙射线？
宇宙射线不是宇宙中的电磁辐射，它是在高能爆炸中产生的原子碎片，即高能粒子。主要是氢原子核（质子），此外还有一些较重的原子核和电子，能量达1020电子伏，它们以接近光速的速度在宇宙空间穿行。但没有人知道它们来自何方，一般认为，宇宙大爆炸、超新星爆发、类星体中心光变、两颗中子星相撞等激烈活动，除产生可见光、射电波、X射线和g射线等电磁辐射外，也产生宇宙射线；太阳表面爆发也发射高能粒子，叫太阳宇宙射线。这些宇宙射线，即高能粒子，带有宇宙中上述激烈活动的独特信息。
在地球附近的太空中，有银河宇宙射线和太阳宇宙射线两种宇宙射线。它们会对进入太空的航天员造成伤害（银河宇宙射线的能量较小，伤害较轻），对航天器的电器设备也会造成一定程度的损害。
由此可见，对宇宙射线进行探测和研究，既是天文探测的重要内容，也是保障航天活动安全的重要内容。
宇宙射线粒子非常稀少，在太空中直接探测到的几率较小，目前主要是通过它的撞击效应对它进行探测。
所谓撞击效应是指宇宙射线进入地球大气层后，与空气中的氮分子等碰撞，产生一些新的粒子，如中微子、m介子和电子等。虽然宇宙射线粒子自身损毁了，但在碰撞产生的新粒子，又与其它空气分子和原子相撞，其能量还可以产生出新的粒子来。这样逐渐碰撞，就会形成“粒子雨”落向地面，其中能量较高的还会穿透地表，进入地下。
如上所述，人们可以用飞机和气球将探测器带到空中，对宇宙射线进行探测，也可在地面进行探测，还可在地下进行探测。1912年，奥地利物理学家维·赫斯用气球探测到宇宙射线；1938年，法国科学家皮·奥热发现粒子雨。
为了提高探测效率，天文学家们在西班牙加纳利群岛设置了宇宙射线探测器列阵，以对落向地面的低能粒子雨进行探测。它既可探测到粒子雨的数量，还可知道粒子雨的入射方向，因为垂直入射的粒子雨，其形状是圆的，否则就会是椭圆的，不同的椭圆度反映不同的入射角。
在阿根廷的门多萨，将在2006年建造世界上最大的宇宙射线探测器，占地3000平方千米。它有24架大型望远镜在晴朗的黑夜探测宇宙射线撞击大气中氮分子而发出的微弱的蓝光。另有1600个探测箱分布在阿根廷大草原上，每一个都装有12吨水，它们能探测到粒子雨中的带电粒子快速通过探测箱时发出的闪光。
宇宙射线探测还可用于验证爱因斯坦狭义相对论。其一，狭义相对论认为，能量超过1020电子伏的宇宙射线不能到达地球，因它们在途中会同宇宙大爆炸时留下的微波辐射相互作用而丧失大部分能量。然而有报告称发现过这种高能宇宙射线。其二，在10千米高空由宇宙射线撞击产生的m介子，其寿命只能下落600米就会衰变，但实际上它能到达地面。这正是狭义相对论的速度效应，使时间膨胀16.7倍的结果。
