宇宙射线来自哪里？困扰顶尖的天文学家的八大谜团

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　　美国《科学》杂志整理了天文学领域中经典问题，它们至今仍困扰着哪怕是顶尖的天文学家，特别是宇宙射线的来源之谜，让科学家们困扰不已，宇宙射线极有可能造成物种灭绝?一起来看看困扰科学家们的八大谜团。

       


        宇宙射线线是什么?
        　　宇宙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观信息，是一种不请自来、普天同降的宝贵科学资源。自1912年Hess乘热气球发现宇宙射线以来，研究宇宙线本身和萃取其携带的信息的努力就从未中断过。

        　　在宇宙线被发现后的前40年科研活动中，人们主要是把宇宙线当作神秘、未知的微观大千世界世界的一大宝藏来挖掘，当作可轰开原子核坚固堡垒的高能炮弹来利用。但，一个最最基本的问题总是萦绕在人们头脑中，挥之不去：

        宇宙射线来自哪里?(起源)
       


        　　寂静空旷的宇宙深处，时时刻刻都有人们看不见的宇宙线亦即高能粒子飞行，这是由于天体演化过程中不断地产生粒子流，这些粒子流有些来自超新星爆发，有些来自黑洞喷流，有些源自太阳爆发事件;它们一旦进入地球大气层即是敲碎原子核的利器。在其与大气层的原子核相碰撞的过程中，产生大量的高能次级粒子，继而引发连锁式的核反应、电磁级联和弱衰变，在大气中产生大量的新粒子驰向地面;其中的大多数被土壤吸收，还有的譬如μ子和中微子则可钻入地球深处，后者甚至穿透地球继续前行。

        　　宇宙线的起源和传播是高能天体物理学中一个重要的问题。宇宙线是各种天体演化过程的产物，特别是各种高能天体物理过程的产物，携带着这些过程的丰富信息。

        　　今天，人类仍然不能准确说出宇宙射线是由什么地方产生的，但科学家们普遍认为宇宙线主要是恒星生命末端灾变的产物(如超新星爆发及其遗迹星云和脉冲星;大质量黑洞及以它为中心的活动星系核等);它们无偿地为地球带来了日地空间环境的宝贵信息。科学家希望接收这些射线来观测和研究它们的起源和宇观环境中的微观变幻。

       


        　　超新星爆发是银河系内最猛烈的高能现象。银河系超新星爆发的平均能量输出可以满足维持银河宇宙线能量密度的需要。蟹状星云等超新星遗迹强烈发射高度偏振的非热射电辐射，它们应当是高能电子在磁场中的同步辐射。超新星遗迹中存在着大量的高能电子，应当是宇宙线高能电子的发源地。人们普遍设想超新星爆发及其遗迹也应当发射高能原子核，成为宇宙射线的主要来源。

        困扰顶尖的天文学家的八大谜团
        一、暗能量是什么?

        　　19世纪20年代，天文学家埃德温-哈勃发现宇宙是在膨胀的。1998年，哈勃望远镜发现宇宙正在加速膨胀。这引起科学家们对暗能量的讨论。暗能量被认为是一种神秘的力量，它让宇宙以不断增长的速度膨胀。暗能量被认为大约占了宇宙的73%，但这种东西难以捉摸，还有待检测。

        二、暗物质的温度怎样?

        　　19世纪60、70年代，天体学家猜测宇宙中除看得见的物质之外还有其它东西。华盛顿卡内基研究所维拉-鲁宾观测到所有银河系的星体似乎都在以几乎相同的速率作圆周运动。天体学家用暗物质来解释这个古怪的现象。暗物质被认为组成了宇宙的23%，而整个宇宙中只有4%是由一般物质组成。《科学》杂志撰稿人Adrian Cho解释道，暗物质的温度将反映暗物质粒子质量的大小。

       


        三、“重子失踪”之谜

        　　天文学家们发现，在整个宇宙的历史中，重子们一直在稳定地消失着。天体物理学家们猜测那些消失的重子可能存在于星系之间，如同星系际介质一样。为失踪的重子定位依然是天文学中优先考虑的事情。这些观察结果将帮助研究者们确定宇宙结构和星系的演变。

        四、星球为何爆炸?

        　　多年以来，科学家们都在研究超新星，并且用复杂的电脑模型重现它们。但这些庞然大物如何爆炸确实个持久的天文学之谜。近年，超级计算机使天文学家们能模拟星球的内部状况，帮助他们理解星球爆炸原理。然而，爆炸之前星球内部的诸多变化依然是个谜。
     
  
        

        五、什么东西在重新电离宇宙?

        　　宇宙大爆炸40万年后，质子和电子冷却，相互吸引并合成中性氢的原子。数亿年之后，电子再次脱离原子。这次，伴随宇宙的扩张散布了足够多的质子和电子，“粒子汤”被稀释了，光子们可以在其中自由通行。结果就是，宇宙中大多数的物质变成了今天这样的等离子体。

       


        六、宇宙射线的来源?

        　　宇宙射线是带电的宇宙亚原子粒子主要是质子、电子和基本元素的荷电(原子)核从外太空流入了我们的太阳系。当宇宙射线从银河系的其他地方流入太阳系的时候，它们的路径将受到太阳和地球磁场弯曲。最厉害的宇宙射线格外强大，它的能量约是人造粒子对撞机撞出粒子的1亿倍。然而，这些奇怪粒子的起源依然是个谜团。

        七、太阳系为何如此奇异?

        　　我们所在的太阳系拥有一系列特征：处在最内侧的四颗行星均拥有多岩外壳和金属核心，外侧的四颗行星却彼此相差甚多，每一颗都拥有独有的特征。科学家一直对行星形成过程进行研究，希望了解太阳系如何形成。

       


        　　当宇航员和太空天文台对比太阳系外的其他外行星时，不难发现太阳系的独特之处。比如，四个最里面的类地行星(包括地球)都有岩石外壳和金属核。而最外面的四个行星相互之间差异很大。科学家们在研究行星形成的过程，试图了解我们太阳系是怎样形成的，但答案并不简单。电脑仿真结果表明，我们的太阳系更可能形成三个或者五个类地行星，而不是四个。

        八、太阳的日冕为什么那么热?

        　　日冕的温度范围通常在90万华氏度(50万摄氏度)到1080万华氏度(600万摄氏度)之间。天文学家们已将热源锁定在可见面之下巨大的能量及太阳磁场的相应活动。

       


        　　日冕的详细检查显示出其非常特殊的结构。纤细的丝状物，长长的环状物以及类似指纹一样的螺纹在整个太阳大气中起舞。因此，很显然这是一个非常活跃和复杂的地方。这可能为它地狱般高温提供了线索。