每天都有無(wú)數(shù)束宇宙射線在沖擊地球的大氣層，它們攜帶的能量加在一起比一次核爆炸還要多，驚訝的是我們完全不知道這種宇宙射線到底從何而來(lái)，也不知道它們的數(shù)量為什么這么多，更不知道這種高能輻射究竟是怎樣形成的，這些神秘的宇宙射線到底是什么呢？我們又是為什么被它們時(shí)時(shí)刻刻以巨大的能量攻擊呢？現(xiàn)在就來(lái)說(shuō)說(shuō)神秘的“宇宙射線”。

　　沖擊地球的“神秘能量”

　　“宇宙射線”這個(gè)叫法可能有點(diǎn)故弄玄虛了，它只不過(guò)是一種來(lái)自太空的粒子，恒星還有其他的天體都在不斷地向地球發(fā)射各種各樣的東西，包括光子、質(zhì)子、中微子甚至某些重離子。

　　我們的太陽(yáng)就會(huì)產(chǎn)生很多太空粒子，我們都知道太陽(yáng)會(huì)發(fā)光，但是除此之外它還會(huì)發(fā)出很多高能的光子，比如紫外線、伽馬射線等等，這些射線會(huì)穿透你的身體并且誘發(fā)癌癥，但是這些都無(wú)法和來(lái)自太陽(yáng)聚變爐的中微子相提并論，每秒鐘都有數(shù)以千億計(jì)的中微子從你的指尖掠過(guò)，不過(guò)中微子幾乎不和其它物質(zhì)發(fā)生作用，所以你也感覺(jué)不到它，也不用為此擔(dān)心。

　　一般來(lái)說(shuō)在1000億粒的中微子里，只有一個(gè)會(huì)與你拇指中的一個(gè)粒子相接觸，而剩下的絕大多數(shù)中微子都會(huì)不經(jīng)過(guò)任何相互作用，它們會(huì)直接穿過(guò)地球，所以你躲不過(guò)鋪天蓋地的中微子，但是中微子也不會(huì)主動(dòng)接近你。

　　還有更重要的帶電粒子，它們會(huì)對(duì)人體構(gòu)成危險(xiǎn)，質(zhì)子還有原子核就是這種粒子，高能的質(zhì)子它的能量足以撕裂人體。

　　除此之外，太陽(yáng)像巨大的火球一樣難以預(yù)測(cè)，大多數(shù)的時(shí)候它對(duì)我們屬于是能量供給者，給我們帶來(lái)光明和溫暖，但是呢，有時(shí)候它也會(huì)因能量過(guò)剩，從而出現(xiàn)太陽(yáng)“耀斑”。“耀斑”會(huì)將等離子束發(fā)射到遙遠(yuǎn)的太空，并且釋放出額外的有害粒子。

　　關(guān)鍵是每時(shí)每刻都有無(wú)數(shù)太空粒子在打擊著地球，而且它們攜帶著很多能量，不過(guò)幸運(yùn)的是地球上的我們得到了大氣層的保護(hù)，大部分擊中地球的高能粒子都與覆蓋在地球表面的空氣，還有氣體分子發(fā)生了猛烈的碰撞，并且分解掉了，從而形成了大規(guī)模的“低能粒子雨”，但是，這種保護(hù)只在地球的表面起作用。

　　舉例說(shuō)明：

　　北極光或者南極光是從哪兒來(lái)的，它們就是“宇宙射線流”被北極和南極的磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)而發(fā)出的光。

　　北極光

• 粒子·能量級(jí)別

　　在地球的表面上制造高速粒子的世界紀(jì)錄是由歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)保持的，這臺(tái)機(jī)器能將粒子加速到10萬(wàn)億電子伏特，太空粒子攜帶的能量更加令人驚奇，宇宙粒子就是每時(shí)每刻都在帶著10萬(wàn)億電子伏特，這個(gè)級(jí)別的能量沖擊著地球。

　　歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)

• 粒子·沖擊頻率

　　每秒，每平方米有一個(gè)10萬(wàn)億電子伏特的高能粒子沖向地球，地球那么大，每秒鐘都有海量的高能量粒子與對(duì)撞機(jī)一樣的高能量沖向地球。

　　更高能量擊中地球的“宇宙射線”

　　“宇宙射線”的速度特別快，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)加速的粒子與其相比，就像是緩慢爬行的小嬰兒，目前來(lái)自宇宙的最高能粒子，它攜帶的能量是大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)制造的最高速粒子能量的200多萬(wàn)倍，這是有史以來(lái)記錄最快的太空粒子，物理學(xué)家戲稱它為“ Oh My God particle”也就是“我的天啊·粒子”。

　　帶有高能量的粒子還特別常見(jiàn)，每年大約有5億個(gè)這樣的粒子到達(dá)地球，也就是說(shuō)，每天都有上百萬(wàn)個(gè)或者每秒有300個(gè)，此時(shí)此刻，當(dāng)你在看這篇文章的時(shí)候，就有1000個(gè)這樣的粒子擊中了地球，它們攜帶的能量差不多是20億輛大卡車。

　　但是，關(guān)于能量如此之高的粒子，這里有一個(gè)令人震驚的事實(shí)，我們居然不知道宇宙中有什么東西可以發(fā)射出這么高能的粒子，我們每天被數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的超高能粒子連續(xù)轟炸，卻不知道它們是怎么來(lái)的，每天每時(shí)每刻都要接收到這些極端情況下才能產(chǎn)生的粒子，表示大惑不解。

　　高能粒子

• 太空中的粒子最快能達(dá)到什么速度？

　　基于目前目前對(duì)宇宙里事物的了解，太空中粒子所能達(dá)到的最高能量也比每天擊中地球的那些超高能粒子弱上上千倍。

　　舉例說(shuō)明：

　　如果你買了一輛跑車，賣跑車的經(jīng)銷商告訴你，他賣給你的車最高時(shí)速是200邁，結(jié)果你把它開(kāi)到了20萬(wàn)邁的時(shí)速，而且這個(gè)地球上所有的跑車都是20萬(wàn)邁的時(shí)速，你就會(huì)得出結(jié)論，世界級(jí)的跑車專家也所知有限。

　　宇宙射線的情況就是這樣的，我們沒(méi)辦法與宇宙中我們所知的任何道理解釋擊中地球的宇宙射線的能量級(jí)，這就意味著宇宙中一定存在著某種我們還不知道的“新天體”。

　　最讓人迷惑的事情其實(shí)就發(fā)生在我們身邊，我們自以為對(duì)宇宙已經(jīng)有所了解了，對(duì)星空也觀測(cè)了幾個(gè)世紀(jì)了，還制造了高精度的工具，但是，宇宙中仍然存在我們從來(lái)沒(méi)見(jiàn)過(guò)的東西，這些帶有高能量的宇宙射線來(lái)自哪里，對(duì)我們來(lái)說(shuō)仍然是一個(gè)未解之謎。

　　“粒子”藏著源頭的線索，我們可以研究這個(gè)謎題

　　下面就來(lái)說(shuō)說(shuō)這個(gè)研究的過(guò)程：

　　如果有一個(gè)物體正在向地球發(fā)射超高能量的某種物質(zhì)，首先要做的就是四處探索“超高能量的某種物質(zhì)”是從哪里發(fā)過(guò)來(lái)的，這些高高能粒子是否來(lái)自某種恒星呢？它們是不是來(lái)自于某一個(gè)超大質(zhì)量的黑洞呢？它們又是不是來(lái)自某一個(gè)外星世界呢？或者它們是從四面八方來(lái)的呢？幸運(yùn)的是，這些粒子的能量越高，我們就越能順著他們的方向找到他們的來(lái)源。

　　因?yàn)椋芰砍渑娴牧Ｗ硬蝗菀妆谎赝旧系拇艌?chǎng)或者引力場(chǎng)影響或者彎折方向，但是呢，要想弄清楚它們究竟從何而來(lái)，還需要一些實(shí)力，這就像尋找屋頂上的狙擊手，他們射擊的次數(shù)越多，我們就越容易找到他們。

• 確定這些宇宙射線來(lái)源的難點(diǎn)在哪呢？

　　在于地球是一個(gè)相當(dāng)大的目標(biāo)，即使每天都有數(shù)百萬(wàn)宇宙射線擊中地球，安裝好探測(cè)器并且在正確的時(shí)間捕捉到它們也是很困難的，每秒鐘都有幾百個(gè)粒子擊中地球，但是呢，地球是一個(gè)非常大的地方，我們就很難預(yù)估這個(gè)粒子，到底它會(huì)擊中什么地方，和大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)能量級(jí)差不多的粒子，差不多每平方公里每秒鐘有1000個(gè)達(dá)到地球表面，而更高能量級(jí)的粒子就比較稀少，每年每平公里會(huì)掉落一個(gè)，這個(gè)就讓弄清它們從何而來(lái)變得非常困難。

　　因?yàn)榫退憬ㄔ炝朔浅４蟮奶綔y(cè)器，它捕捉到高能粒子的機(jī)會(huì)也是非常渺茫的。迄今為止所有宇宙射線望遠(yuǎn)鏡探測(cè)到的超高速粒子加在一起也不算特別多，所以，直到現(xiàn)在還沒(méi)辦法準(zhǔn)確的為這些宇宙粒子定位源頭。

• 源頭線索

　　我們確實(shí)掌握了一條重要的線索，它們不可能來(lái)自很遠(yuǎn)的地方，可見(jiàn)光可以傳播數(shù)10億公里，而不會(huì)散射或者減速，所以我們能看到遙遠(yuǎn)的星星，太空在我們看來(lái)清澈而空曠，但是對(duì)于高能帶電的粒子來(lái)說(shuō)，在太空中穿行，組成了宇宙幼年圖景的光，也就是宇宙的微波背景，使整個(gè)宇宙充滿了一種“光子霧”。

　　宇宙射線和“光子霧”會(huì)發(fā)生作用，很快就會(huì)被減慢速度，一個(gè) 10^ 21電子伏特能量級(jí)的粒子，只要經(jīng)過(guò)幾百萬(wàn)光年的自然減速，能量就會(huì)降低到10^ 19電子伏，差不多就是降低了100倍，那這個(gè)意味著什么呢？

　　這就意味著我們能看見(jiàn)的超高能粒子一定來(lái)自比較近的區(qū)域，否則“光子霧”就會(huì)讓它們減速，如果它們來(lái)自非常遙遠(yuǎn)的地方，那么唯一的可能就是它們出發(fā)時(shí)攜帶了更高的，高得離譜的能量，排除這種極端的情況，那就得出結(jié)論：

　　無(wú)論是什么物質(zhì)發(fā)出了這些高能的粒子，它們一定在我們星系臨近的區(qū)域，這個(gè)就是一條有用的線索，因?yàn)樗烟罩心硞€(gè)巨大的部分移出了討論范圍，但是，從科學(xué)的角度而言，可供討論的空間范圍還是很大的，總而言之，這些線索意味著某個(gè)臨近的天體正在向我們發(fā)射高能離子，而我們不知道它是什么東西，顯然宇宙中還有很多新鮮的事物等著我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)。

　　觀察粒子

　　當(dāng)一個(gè)超高能的粒子撞擊大氣層頂部的時(shí)候，它一定會(huì)與很多氣體分子碰撞之后才能到達(dá)地球表面，當(dāng)一個(gè)110^ 20電子伏特的粒子撞擊了大氣里的一個(gè)分子時(shí)，它會(huì)一分為二，它的能量也會(huì)平分給兩個(gè)粒子，這時(shí)兩個(gè)粒子隨后又會(huì)撞擊其他的分子，產(chǎn)生擁有1/4能量的4個(gè)粒子，以此類推，最后大概會(huì)有幾萬(wàn)億個(gè)帶有10^ 9電子伏特能量的粒子在一瞬間沖到地球的表面，這種“粒子雨”范圍一般有2000米，主要是由高能的光子、電子、正電子、膠子組成，這所以能知道有超高能的粒子撞擊地球，就是因?yàn)樵诖蟮姆秶鷥?nèi)觀測(cè)到“粒子雨”。

• 觀測(cè)

　　觀察大范圍的超高能“粒子雨”需要非常大的望遠(yuǎn)鏡，幸運(yùn)的是我們不需要建造超級(jí)寬的粒子探測(cè)器，讓很多較小的粒子探測(cè)器以“點(diǎn)陣”的形式分布在一大片空地上，比如 阿根廷就有一個(gè)叫“皮埃爾·奧杰”的宇宙射線觀測(cè)站，在一片3000平方公里的土地上裝上，大概1600臺(tái)粒子探測(cè)器，這種方法，非常適合觀察超高能宇宙射線所產(chǎn)生的“粒子雨”，聽(tīng)起來(lái)規(guī)模很大，事實(shí)也確實(shí)是這樣，但是在一平方公里的范圍內(nèi)超高能粒子每千年才會(huì)出現(xiàn)一次，所以即使覆蓋了3000平方千米的范圍，“粒子雨”的現(xiàn)象每年也只能探測(cè)到幾次，數(shù)10年的觀察都不一定能解開(kāi)這個(gè)謎題，因此宇宙學(xué)的科學(xué)家還需要一點(diǎn)運(yùn)氣才能獲得比較高的成就。

　　這里還有一個(gè)非常有趣的想法，可以試著尋找已經(jīng)為其他用途建造起來(lái)的現(xiàn)成設(shè)備，然后把它改造成宇宙射線的望遠(yuǎn)鏡這種望遠(yuǎn)鏡需要滿足一下幾個(gè)條件：

• 第一個(gè)：視野要覆蓋全球。

• 　　第二個(gè)：它的價(jià)格要低。

• 　　第三個(gè)：已經(jīng)建造并布置完畢。

　　你可以花點(diǎn)時(shí)間思考一下這個(gè)問(wèn)題是不是可能？

　　答案現(xiàn)在就在你手中，它就是我們的“智能手機(jī)”，事實(shí)上智能手機(jī)的數(shù)碼相機(jī)就可以用來(lái)探測(cè)粒子，讓它們變得對(duì)由高能粒子撞擊大氣層而產(chǎn)生的“粒子雨”非常敏感，它們可以編程，可以聯(lián)網(wǎng)，可以定位。

　　如果這些智能手機(jī)通過(guò)運(yùn)行APP開(kāi)啟一個(gè)攝像頭，并且探測(cè)粒子，那它們就可以在為分布廣泛覆蓋全球的宇宙射線探測(cè)網(wǎng)絡(luò)，在夜間的時(shí)候運(yùn)行這個(gè)APP，那么由此形成的網(wǎng)絡(luò)就可以觀察到更多我們?cè)居锌赡苠e(cuò)過(guò)的高能宇宙射線，運(yùn)行這個(gè)APP的人越多，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)就越大，收集的宇宙射線就越多，說(shuō)不定，你也能為這項(xiàng)研究貢獻(xiàn)力量。也許，你一直想成為天體物理學(xué)家，那如果這個(gè)瘋狂的想法有效，你就能參與破解宇宙的謎題了。

　　粒子雨

• 那這樣的手機(jī)軟件有沒(méi)有呢？

　　現(xiàn)在還真的有，其實(shí)在2014年的時(shí)候在美國(guó)就被開(kāi)發(fā)出來(lái)了，這款名字叫“Crayfis”的手機(jī)應(yīng)用程序，感興趣的話可以去研究一下。

　　觀點(diǎn)·解釋

　　這些粒子攜帶的高能量，天體物理學(xué)家無(wú)法用已知的物體去解釋這么高的能量的來(lái)源，如果大開(kāi)腦洞，想想有可能發(fā)生這種高速粒子的新型物體，那他們會(huì)提出很多有趣的想法，其實(shí)天體物理學(xué)家是一群很有創(chuàng)意的人，但是目前探索太空的歷史告訴我們，宇宙比天體物理學(xué)家更有創(chuàng)意，以下是有可能解釋這個(gè)問(wèn)題的幾個(gè)觀點(diǎn)：

• 第1個(gè)：超大質(zhì)量的黑洞。

　　一個(gè)流行多年的解釋是這些高能粒子來(lái)自星系中心無(wú)比強(qiáng)大的黑洞，這些黑洞的質(zhì)量比太陽(yáng)還要重幾千倍，甚至是幾百萬(wàn)倍。除了已經(jīng)被這種黑洞吞噬的物質(zhì)之外，還有質(zhì)量巨大的氣體和塵埃圍繞著它旋轉(zhuǎn)，等候被吞噬，這些物質(zhì)受到巨大作用力的影響會(huì)產(chǎn)生驚人的輻射，然而在數(shù)十年的觀測(cè)中看到的少量超高能宇宙射線似乎和這個(gè)星系核的位置相符，這就意味著高能量粒子是來(lái)自于“等候被吞噬的物質(zhì)”。

　　第2個(gè)：來(lái)自于外星的科學(xué)家。

　　有些地球上的科學(xué)家就懷疑，我們?nèi)祟惒皇俏ㄒ幌胍纸獠⑶已芯课镔|(zhì)的智慧物種，假如說(shuō)有外星人制造出了足夠大的粒子加速器，能更好的對(duì)物質(zhì)進(jìn)行分解，那會(huì)發(fā)生什么事呢？我們看到的超高能宇宙射線，可能只是“邊角量”是外星人在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中排出的污染物質(zhì)。如果這些粒子被發(fā)現(xiàn)來(lái)自同一個(gè)地點(diǎn)，比如說(shuō)一個(gè)臨近恒星的宜居星球，這就意味著我們就發(fā)現(xiàn)外星人了，當(dāng)然這個(gè)腦洞開(kāi)得有點(diǎn)大，但不能說(shuō)它的可能性是0。

　　可能你會(huì)覺(jué)得哪有這么巧的事，我們天天看到的宇宙射線，宇宙微波背景輻射，它可是跟科學(xué)家相伴了上百年，人們幾乎每天都能看到它，但是直到最近人們才恍然大悟，它不就是宇宙大爆炸的鐵證嗎？當(dāng)然了，這個(gè)只是一個(gè)腦洞大開(kāi)的猜想。

　　第3個(gè)：一種新的作用力。

　　通過(guò)已知的物體和“目前已知的4種基礎(chǔ)力”來(lái)解釋這些粒子，這個(gè)謎題之所以是個(gè)謎題，因?yàn)樗仨氂梦覀儠簳r(shí)不知道的物質(zhì)，還有“力”去解釋這個(gè)可能性，或許這些粒子來(lái)自于某種還沒(méi)有被發(fā)現(xiàn)的“新作用力”，如果這樣的作用力存在并且和這些宇宙射線相關(guān)，那就一定有某種原因能夠解釋，我們?yōu)槭裁礇](méi)有在其他地方看到這個(gè)力發(fā)揮作用。最近關(guān)于暗能量在全部能量中占68%的發(fā)現(xiàn)告訴我們，我們的確應(yīng)該思考未知的宇宙力量，也許這些粒子正是新作用力的線索。

　　也許以上幾種猜測(cè)都是完全離譜的，很可能答案是平淡無(wú)奇的，并不包含對(duì)宇宙性質(zhì)的顛覆性的見(jiàn)解，說(shuō)不準(zhǔn)這些粒子它就是來(lái)自恒星或者是來(lái)自一個(gè)我們看不見(jiàn)的黑洞，這個(gè)似乎并不能改變我們的宇宙觀，不過(guò)我們還是懷著夢(mèng)想的。

　　結(jié)語(yǔ)

　　知道了高能量粒子的存在，你也許會(huì)多花一點(diǎn)時(shí)間仰望星空，并且時(shí)常想起宇宙里那些讓人震驚的未解之謎。與其把這些宇宙射線想象成要傷害你的粒子，不如把它們當(dāng)成某種現(xiàn)實(shí)。

　　你可以想象一下它們?cè)谔罩酗w行了幾十億公里，帶來(lái)了某種我們之前從未見(jiàn)過(guò)，也從沒(méi)有想象過(guò)的全新事物的信息，它們帶來(lái)的是某種巨大能量發(fā)生的過(guò)程存在的證據(jù)，這背后可能是“新的作用力”，可能是某種未知的宇宙機(jī)制，甚至可能是某一種外星的生命形式，它們帶來(lái)的很可能是顛覆我們宇宙觀的新發(fā)現(xiàn)。